2025年大學《地球化學》專業(yè)題庫——地球化學元素在環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）1.下列哪一項不屬于地球化學元素在環(huán)境水中主要遷移過程？A.擴散與彌散B.沉淀與溶解C.吸附與解吸D.生物吸收與排泄2.影響元素在固-液界面發(fā)生吸附/解吸過程的主要因素之一是：A.水的流速B.溶液的pH值C.元素的氣態(tài)存在形式D.水的導電率3.生物地球化學循環(huán)中，元素在生物體與環(huán)境中進行交換的關(guān)鍵環(huán)節(jié)通常與哪種過程密切相關(guān)？A.物理風化B.化學風化C.生物吸收與轉(zhuǎn)化D.大氣降水4.元素X在兩種穩(wěn)定狀態(tài)α和β之間發(fā)生同位素交換，導致α同位素富集，該過程屬于：A.分餾作用B.化學沉淀作用C.物理搬運作用D.生物降解作用5.某重金屬元素在土壤-水系統(tǒng)中主要通過離子交換和吸附作用進行遷移，當土壤pH升高時，其生物有效性和遷移能力傾向于：A.增高B.降低C.不變D.先增高后降低6.下列哪種地球化學過程主要受控于氧化還原條件（Eh）的變化？A.離子交換吸附B.沉淀-溶解平衡C.元素揮發(fā)D.生物催化反應(yīng)7.地球化學溫壓計的原理通常基于：A.元素在多相體系中的分配系數(shù)B.同位素在特定反應(yīng)中的分餾規(guī)律C.化學反應(yīng)的速率常數(shù)D.元素的生物富集因子8.人類活動向環(huán)境中釋放大量酸性物質(zhì)，導致水體pH降低，這主要會增強哪種元素的溶解和遷移？A.Ca2?B.Mg2?C.Al3?D.K?9.在河流的輸入輸出通量分析中，某元素的輸出通量顯著高于輸入通量，且河床沉積物中該元素含量較高，最可能的解釋是：A.河流上游存在該元素的補給源B.沉積物對水中該元素具有強烈的吸附作用C.河流中存在該元素的揮發(fā)損失D.河流攜帶了上游流域沉積物中的該元素10.穩(wěn)定同位素分餾是地球化學循環(huán)研究中的重要工具，其基本原理是：A.重同位素比輕同位素更易發(fā)生物理遷移B.重同位素比輕同位素更易參與化學反應(yīng)C.物理過程和化學過程對不同同位素的影響程度不同D.生物體對不同同位素的吸收具有選擇性二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.元素在環(huán)境介質(zhì)間的遷移主要包括________遷移和________遷移兩大類。2.影響元素在環(huán)境介質(zhì)中遷移轉(zhuǎn)化的主要環(huán)境因素包括________、________、________和生物活動。3.當溶液中某元素的濃度超過其溶解度極限時，會發(fā)生________作用；反之，則發(fā)生________作用。4.生物地球化學循環(huán)通常劃分為全球循環(huán)和________循環(huán)兩種尺度。5.分配系數(shù)（Kd）是衡量元素在固-液兩相間分配平衡狀態(tài)的重要參數(shù)，其表達式為________。6.地球化學中的氧化還原條件通常用________參數(shù)來表征。7.放射性同位素的________和________特性使其在環(huán)境示蹤和年齡測定中具有重要應(yīng)用價值。8.農(nóng)業(yè)活動（如施用化肥）是影響環(huán)境中________、________和________等元素循環(huán)的重要人為因素。三、簡答題（每小題5分，共15分）1.簡述影響元素在土壤中吸附過程的主要因素。2.解釋什么是生物地球化學循環(huán)中的“生物泵”現(xiàn)象及其意義。3.簡述pH值變化如何影響土壤中鋁的溶解和遷移。四、計算題（每小題10分，共20分）1.假設(shè)某元素P在沉積物和水體之間達到吸附-解吸平衡。已知在平衡狀態(tài)下，水體中P的濃度為0.01mg/L，沉積物對P的分配系數(shù)（Kd）為10cm3/g（假設(shè)沉積物干重）。請計算沉積物中P的濃度（以mg/kg表示，假設(shè)沉積物含水率為50%）。請說明計算中需要做的假設(shè)或簡化。2.某湖泊受到外源營養(yǎng)鹽N的持續(xù)輸入，導致湖水中的N穩(wěn)定同位素比率（δ1?N）相對于大氣氮氣升高了5‰。假設(shè)該湖泊對大氣氮氣的同位素分餾系數(shù)為-25‰。請計算湖泊水體中氮的來源中，來自大氣固定的比例大約是多少？（提示：可參考Raymond方程或基于分餾模型進行估算，說明計算思路）。五、論述題（15分）論述人類活動如何干擾自然界的生物地球化學循環(huán)，并舉例說明這些干擾可能引發(fā)的環(huán)境問題。試卷答案一、選擇題1.D2.B3.C4.A5.B6.B7.B8.C9.B10.C二、填空題1.物理，化學2.pH值，氧化還原條件（Eh），溫度3.沉淀，溶解4.區(qū)域5.C_i/C_s=Kd（其中C_i為溶液濃度，C_s為固相濃度）6.氧化還原電位（Eh）7.放射性衰變，半衰期8.氮，磷，硫三、簡答題1.影響因素主要包括：①沉積物性質(zhì)（如粘土礦物類型、有機質(zhì)含量、表面電荷、孔隙結(jié)構(gòu)）；②水溶液性質(zhì)（如pH值、離子強度、共存離子種類和濃度）；③元素本身的性質(zhì)（如價態(tài)、水合半徑、電荷數(shù)）。這些因素共同決定了元素在沉積物表面的吸附能力。2.生物泵是指在生物地球化學循環(huán)中，生物活動（特別是光合作用和浮游生物的吸收、生長和沉降）導致某些元素（如碳、氮、磷、硅）從水體表層向深層或從水相向沉積物相凈轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。其意義在于：①將大氣或表層水體中的元素固定下來；②影響全球元素循環(huán)的通量和速率；③控制深海和極地沉積物的化學成分；④是理解海洋生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力的重要機制。3.pH值影響土壤中鋁的溶解和遷移：①土壤pH升高（溶液堿性增強），鋁主要以AlO??（鋁酸根）等絡(luò)合離子形式存在，溶解度增大，遷移能力增強；②土壤pH降低（溶液酸性增強），鋁主要以Al3?形式存在，Al3?易與土壤中的OH?、HCO??等結(jié)合形成沉淀（如Al(OH)?），或被帶負電荷的礦物表面吸附，導致其溶解度降低，遷移能力減弱。因此，pH是調(diào)控土壤鋁生物有效性和環(huán)境風險的關(guān)鍵因素。四、計算題1.解：計算沉積物中P的濃度（濕基），需先計算干基濃度，再換算為濕基濃度。沉積物干基P濃度C_s(dry)=Kd*C_iC_s(dry)=10cm3/g*0.01mg/L=0.1mg/g假設(shè)沉積物含水率為50%，即每100g沉積物含50g水，50g水對應(yīng)1000cm3（1L）。沉積物濕基體積V_s(wet)=100g/(0.5g/cm3)=200cm3沉積物濕基P濃度C_s(wet)=C_s(dry)*(V_s(wet)/V_s(dry))C_s(wet)=0.1mg/g*(200cm3/10cm3)=2mg/g換算為mg/kg：C_s(wet)=2mg/g*1000g/kg=2000mg/kg假設(shè)：①沉積物均勻，干重與濕重換算基于含水率假設(shè)；②水體與沉積物界面處于平衡狀態(tài)；③忽略其他交換過程。2.解：設(shè)大氣氮氣為參考物，其δ1?N=0‰。湖泊水體δ1?N=+5‰，分餾系數(shù)Δ=-25‰。根據(jù)分餾模型，湖泊氮的來源組成可以表示為：δ1?N_湖=(1-f)*δ1?N_大氣+f*δ1?N_源其中f為來自源（非大氣）的氮比例，(1-f)為來自大氣的氮比例。+5‰=(1-f)*0‰+f*(-25‰)+5‰=-25f‰f=-5‰/-25‰=0.2因此，湖泊氮的來源中，來自大氣固定的比例約為20%。（或利用Raymond方程形式：δ1?N_湖≈δ1?N_源+(1+ε_source)*Δ*ln(f/(1-f))，若假設(shè)源的同位素組成未知或與分餾系數(shù)相對，且f較小，則可近似估算f≈|Δ|/|δ1?N_湖|=25/5=0.25，說明源貢獻75%。此處按基礎(chǔ)分餾模型計算f=0.2，即大氣貢獻80%，源貢獻20%。與題設(shè)+5‰對應(yīng)，說明源為-25‰，與大氣0‰分餾，符合邏輯。）五、論述題人類活動通過多種途徑干擾自然界的生物地球化學循環(huán)：1.大規(guī)模資源開采與利用：礦產(chǎn)開采直接改變地殼元素分布；燃燒化石燃料釋放大量CO?、S、N氧化物等，干擾碳、硫、氮循環(huán)，導致大氣成分變化和酸雨。2.農(nóng)業(yè)活動：大量施用化肥（氮、磷）和農(nóng)藥，改變土壤和水體中這些元素的生物有效性和循環(huán)通量，可能導致水體富營養(yǎng)化；施用污泥、有機肥也引入額外元素。3.工業(yè)生產(chǎn)與排放：工業(yè)過程排放各種金屬、非金屬污染物（如重金屬、PCBs、氟化物），進入環(huán)境后改變元素的自然背景值和遷移轉(zhuǎn)化路徑；制造和排放CFCs等物質(zhì)影響臭氧層和碳循環(huán)。4.城市發(fā)展與生活：城市擴張改變地表覆蓋和徑流模式；生活污水排放增加水體營養(yǎng)鹽負荷；垃圾填埋和焚燒釋放溫室氣體和有毒物質(zhì)。5.交通運輸：汽車尾氣排放是NOx、VO