2025年大學(xué)《地球化學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——地球化學(xué)與生物地質(zhì)學(xué)的交叉研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.以下哪項(xiàng)不是生物活動(dòng)顯著影響地球化學(xué)循環(huán)的主要方式？A.光合作用導(dǎo)致大氣中氧含量增加B.微生物分解有機(jī)質(zhì)釋放二氧化碳C.化能合成細(xì)菌改變海底硫的化學(xué)形態(tài)D.植物根系吸收固定巖石中的硅元素2.在光合作用過(guò)程中，水被光解產(chǎn)生氧氣，同時(shí)釋放的H+和電子用于還原二氧化碳。此過(guò)程導(dǎo)致哪些同位素分餾？A.δ13C植物組織>δ13C大氣CO?B.δ1?N植物組織>δ1?N微生物C.δ1?O海水>δ1?O冰芯中的氣泡水D.δ13C有機(jī)質(zhì)>δ13C巖石中的碳酸鹽3.疊層石是重要的古環(huán)境指示礦物，其主要形成機(jī)制通常與哪種微生物活動(dòng)密切相關(guān)？A.異養(yǎng)細(xì)菌的化學(xué)沉積作用B.藍(lán)細(xì)菌（Cyanobacteria）的光合放氧作用和生物礦化C.藻類(lèi)的浮游生物活動(dòng)D.古菌在極端環(huán)境下的沉積作用4.發(fā)現(xiàn)某沉積巖中存在豐富的生物標(biāo)志物——長(zhǎng)鏈烷烴，且其碳數(shù)分布呈現(xiàn)明顯的奇數(shù)優(yōu)勢(shì)，這最可能指示了哪種古代微生物群落？A.以藍(lán)細(xì)菌為主的產(chǎn)氧光合生物群落B.以綠硫細(xì)菌為主的厭氧光合生物群落C.以產(chǎn)甲烷古菌為主的厭氧消化群落D.以甲烷氧化細(xì)菌為主的產(chǎn)甲烷環(huán)境5.利用有孔蟲(chóng)殼的氧同位素組成（δ1?O）重建古溫度時(shí)，如果測(cè)得古海洋沉積物中同位素值普遍偏高，除了全球變冷之外，還可能是什么原因？A.海水鹽度顯著升高B.冰川融化，大量淡水注入海洋C.有孔蟲(chóng)偏好吸收較重的同位素D.海洋表層與深層水體混合加劇6.放射性同位素1?C用于測(cè)定近期地質(zhì)事件的年齡，其半衰期約為5730年。以下哪個(gè)過(guò)程是1?C在生物圈和大氣圈中產(chǎn)生并循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)？A.中子轟擊地球大氣層中的氬-40B.太陽(yáng)風(fēng)高能粒子與大氣層中的氮-14發(fā)生核反應(yīng)C.地幔深部放射性元素衰變產(chǎn)生的氦氣D.生物對(duì)地表水體中溶解放射性同位素的吸收7.某研究團(tuán)隊(duì)分析了南極冰芯中包裹的氣泡，發(fā)現(xiàn)其δ13C值顯著低于現(xiàn)代大氣CO?。這一發(fā)現(xiàn)最有力地支持了哪種科學(xué)假說(shuō)？A.工業(yè)革命前大氣CO?濃度遠(yuǎn)高于現(xiàn)代B.冰期時(shí)海洋生物光合作用吸收了更多碳C.冰期時(shí)大氣環(huán)流模式與現(xiàn)在存在顯著差異D.冰期時(shí)土壤有機(jī)碳大量釋放到大氣中8.在土壤發(fā)育過(guò)程中，原生礦物分解形成的黏土礦物，其層間陽(yáng)離子種類(lèi)發(fā)生變化，這反映了地球化學(xué)中的哪個(gè)過(guò)程？A.元素的光譜遷移B.生物風(fēng)化與化學(xué)風(fēng)化的協(xié)同作用C.同位素的交換反應(yīng)D.礦物的相變9.研究人員發(fā)現(xiàn)某地?zé)岢练e物中存在豐富的硫同位素分餾（δ34S），且硫化物的硫同位素值遠(yuǎn)低于周?chē)w。這最可能暗示了存在哪種地球化學(xué)環(huán)境？A.厭氧硫酸鹽還原環(huán)境B.具有強(qiáng)氧化能力的化學(xué)沉積環(huán)境C.以化能合成作用為主的微生物群落D.物理性沉積環(huán)境，如鹽湖蒸發(fā)10.地球化學(xué)與生物地質(zhì)學(xué)的交叉研究，其最終目標(biāo)之一是？A.精確測(cè)定地球形成的時(shí)間B.明確所有生物的遺傳密碼C.揭示生命起源的化學(xué)基礎(chǔ)及其與行星環(huán)境的耦合機(jī)制D.完全模擬自然界的所有生物地球化學(xué)循環(huán)二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.生物的同化作用（Assimilation）過(guò)程中，碳通常以______和______的形式被固定。2.疊層石的形成通常伴隨著強(qiáng)烈的______作用和______的沉積。3.利用______同位素組成變化可以推斷古氣候的溫度變化，而______同位素則常用于示蹤水循環(huán)過(guò)程。4.生物標(biāo)志物作為_(kāi)_____的指示礦物，其分子結(jié)構(gòu)保留了古生物信息。5.在缺氧水環(huán)境中，硫酸鹽還原菌會(huì)將硫酸鹽（SO?2?）還原為_(kāi)_____或______。6.地球化學(xué)中的______原理指出，在開(kāi)放系統(tǒng)中，元素傾向于從高濃度區(qū)域遷移到低濃度區(qū)域，同時(shí)伴隨著能量交換。7.通過(guò)分析不同沉積物中______的地球化學(xué)特征，可以重建古海洋的鹽度變化。8.穩(wěn)定同位素分餾的______效應(yīng)是指溫度對(duì)同位素分餾程度的影響。9.生活在不同環(huán)境中的生物，其同位素組成會(huì)因生理代謝而產(chǎn)生差異，這被稱(chēng)為_(kāi)_____。10.______和______是地球化學(xué)與生物學(xué)交叉研究中常用的兩種同位素示蹤方法。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述光合作用對(duì)碳同位素分餾的影響機(jī)制。2.生物活動(dòng)如何在沉積物中形成“化學(xué)障”，影響元素的保存？3.解釋什么是生物地球化學(xué)循環(huán)，并舉例說(shuō)明其中一個(gè)循環(huán)中生物過(guò)程的關(guān)鍵作用。4.簡(jiǎn)述使用放射性同位素1?C進(jìn)行年代測(cè)定的基本原理及其適用范圍限制。四、論述題（每題10分，共20分）1.論述穩(wěn)定同位素地球化學(xué)技術(shù)在重建古環(huán)境（如古溫度、古鹽度、古pH、水來(lái)源等）中的應(yīng)用原理、主要依據(jù)和可能存在的局限性。2.結(jié)合實(shí)例，論述生物活動(dòng)如何影響地球化學(xué)循環(huán)，并分析這些影響對(duì)沉積記錄的改造作用。五、計(jì)算題（共20分）1.某研究者測(cè)定了現(xiàn)代大氣CO?（δ13C=-7.6‰vsVPDB）和某熱帶雨林中生長(zhǎng)的樹(shù)木年輪（δ13C=-26‰vsVPDB）。假設(shè)該樹(shù)木通過(guò)光合作用固定大氣CO?，且光合作用過(guò)程中碳同位素分餾因子（Δ=4‰）基本不變。請(qǐng)根據(jù)這些數(shù)據(jù)，估算該樹(shù)木光合作用固定的CO?相對(duì)于現(xiàn)代大氣CO?是富集了還是貧化了碳-13？富集或貧化的具體值是多少？試卷答案一、選擇題1.D2.A3.B4.C5.B6.B7.B8.B9.C10.C二、填空題1.有機(jī)物，CO?2.化學(xué)沉積，生物成礦3.氧，氫4.古生物活動(dòng)5.硫化氫，硫酸鹽6.能量最小化7.有孔蟲(chóng)殼8.分餾9.生物效應(yīng)10.穩(wěn)定同位素，放射性同位素三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：光合作用過(guò)程中，CO?被固定時(shí)，碳-13（13C）相對(duì)碳-12（12C）被優(yōu)先排除，因?yàn)?3C與酶的親和力略低于12C。這使得被固定的有機(jī)物（如葡萄糖）富集了12C，導(dǎo)致生物組織或生物成因礦物的δ13C值低于其來(lái)源的CO?。分餾程度受溫度、CO?濃度等因素影響。2.解析思路：生物活動(dòng)可以改變沉積環(huán)境的氧化還原條件、pH值、微生物群落結(jié)構(gòu)等。例如，硫酸鹽還原菌活動(dòng)會(huì)消耗氧氣，產(chǎn)生硫化氫，降低鐵的氧化態(tài)，形成硫化鐵沉淀，從而將鐵元素“障”住，使其被保存下來(lái)，而周?chē)h(huán)境中的其他元素（如易被氧化的錳）可能因此被淋濾去除。3.解析思路：生物地球化學(xué)循環(huán)是指元素在生物圈、巖石圈、水圈和大氣圈之間進(jìn)行遷移和循環(huán)的過(guò)程。生物過(guò)程是驅(qū)動(dòng)這些循環(huán)的重要?jiǎng)恿?。例如，在碳循環(huán)中，植物通過(guò)光合作用將大氣CO?固定為有機(jī)物，動(dòng)物攝食植物，微生物分解有機(jī)物，整個(gè)過(guò)程受生物活動(dòng)調(diào)控。4.解析思路：1?C是在大氣中由中子轟擊氮-14產(chǎn)生的放射性同位素，它參與大氣CO?的循環(huán)，被生物吸收進(jìn)入有機(jī)物。當(dāng)生物死亡后，其體內(nèi)的1?C停止吸收，開(kāi)始衰變。通過(guò)測(cè)量樣品中剩余的1?C含量，并根據(jù)其已知的半衰期（約5730年），可以推算出樣品的死亡年齡。適用范圍主要受限于其半衰期（約幾萬(wàn)年），適用于測(cè)定年齡較輕（通常小于50萬(wàn)年）的樣品，且樣品必須曾經(jīng)活過(guò)，且樣品在死亡后未受到額外的1?C或放射性污染。四、論述題1.解析思路：穩(wěn)定同位素分餾是指在物理或生物地球化學(xué)過(guò)程中，不同同位素之間的相對(duì)豐度發(fā)生差異。不同環(huán)境因素（如溫度、鹽度、pH、水相、生物代謝等）會(huì)引起特定元素（如C,O,H,S）同位素分餾，導(dǎo)致最終沉積物或生物組織中的同位素組成（以δ值表示）不同于其來(lái)源物。通過(guò)建立已知環(huán)境條件下的同位素分餾理論或?qū)嶒?yàn)關(guān)系（分餾方程），可以將樣品的δ值換算為對(duì)應(yīng)的環(huán)境參數(shù)信息。例如，氧同位素分餾與溫度密切相關(guān)（溫度越高，分餾越?。?；碳同位素分餾可指示有機(jī)質(zhì)的來(lái)源和代謝類(lèi)型；硫同位素分餾可指示沉積環(huán)境的氧化還原條件。局限性在于：①分餾關(guān)系可能受多種因素疊加影響，解釋時(shí)需謹(jǐn)慎；②需要準(zhǔn)確了解樣品的來(lái)源和形成過(guò)程；③實(shí)驗(yàn)測(cè)定存在精度限制；④生物效應(yīng)可能導(dǎo)致分餾機(jī)制復(fù)雜化。2.解析思路：生物活動(dòng)深刻影響地球化學(xué)循環(huán)。例如，光合作用固定CO?，改變大氣和海洋碳化學(xué)；呼吸作用和分解作用釋放CO?和H?O，參與碳循環(huán)；微生物活動(dòng)（如硫酸鹽還原、硝化作用、鐵錳氧化還原）改變?cè)兀⊿,N,Fe,Mn）的化學(xué)形態(tài)和遷移路徑；生物成礦作用（如形成疊層石、生物成因碳酸鹽）沉淀和固定大量元素（C,Ca,Mg）。這些生物過(guò)程不僅改變?cè)氐目偭亢屯?，還影響元素的分布和最終在沉積物中的保存形式，從而改造了沉積記錄。例如，強(qiáng)化的有機(jī)質(zhì)分解會(huì)加速硅質(zhì)的溶解；特定微生物群落可能導(dǎo)致高品位硫化物礦床的形成。五、計(jì)算題1.解析思路：根據(jù)馬加斯定律（MagasLaw），光合作用分餾可以表示為：δ_P=δ_C+Δ-δ_A，其中δ_P是光合產(chǎn)