2025年大學(xué)《地球化學(xué)》專業(yè)題庫——水體和沉積物地球化學(xué)特征考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分）1.下列哪個元素的同位素組成在海洋水和riverinewater（河水）之間通常存在顯著差異，并常被用于示蹤水循環(huán)路徑？A.SiB.OC.NaD.Al2.在湖泊或海洋的沉積物-水界面，如果存在Fe(III)氧化物，該氧化物通常傾向于：A.吸附并釋放溶解態(tài)的磷酸根離子B.沉淀并消耗溶解態(tài)的硫酸根離子C.氧化溶解態(tài)的錳離子（Mn(II)）形成Mn(IV)沉淀D.還原溶解態(tài)的砷（V）形成溶解態(tài)的砷（III）3.沉積物中有機質(zhì)的分解過程通常會導(dǎo)致：A.孔隙水pH值升高，Eh值降低B.孔隙水pH值降低，Eh值升高C.孔隙水pH值和Eh值均升高D.孔隙水pH值和Eh值均降低4.某流域的地下水中Cl?、SO?2?、HCO??和Ca2?的濃度分別為500mg/L,300mg/L,200mg/L和300mg/L(單位均為meq/L)。該地下水的總?cè)芙夤腆w（TDS）估計約為：A.1200mg/LB.1500mg/LC.1800mg/LD.2100mg/L5.形成鈣質(zhì)生物沉積物（如珊瑚、貝類殼）的主要地球化學(xué)條件通常是：A.高pH值、高Eh值、高鎂離子濃度B.低pH值、低Eh值、高鈣離子濃度C.高pH值、低Eh值、高鈣離子濃度D.低pH值、高Eh值、高鎂離子濃度6.在河流沉積物的碎屑組分中，含量通常最豐富的礦物是：A.橄欖石B.輝石C.石英D.云母7.沉積物中的稀土元素（REEs）分布模式（球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖）可以反映：A.沉積物的年齡B.沉積時的古溫度C.沉積物的物源區(qū)巖石類型D.沉積物的后期熱液蝕變程度8.水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象的主要地球化學(xué)原因是：A.水體pH值過低，導(dǎo)致營養(yǎng)物質(zhì)溶解度增加B.水體Eh值過高，抑制了營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化C.水體中氮、磷等營養(yǎng)鹽含量超過了生態(tài)系統(tǒng)的需求，且分解速度慢D.水體中溶解氧含量過高，促進了營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)9.地球化學(xué)障（Geochemical障）的存在可以阻止或減緩某些元素在沉積物和水體之間的交換，影響元素的埋藏和保存。下列哪種情況最容易形成地球化學(xué)障？A.沉積速率非常快，使得孔隙水來不及與沉積物發(fā)生充分交換B.沉積物發(fā)生強烈的生物擾動，增加了水體與沉積物的接觸面積C.沉積物表面覆蓋了一層致密的氧化鐵/錳膠膜D.孔隙水中元素濃度與上覆水體的濃度達到平衡10.利用沉積物中的微量元素（如V,Mo,U）含量及其比值來推斷古海洋鹽度或氧化還原條件，屬于哪種地球化學(xué)研究方法？A.穩(wěn)定同位素地球化學(xué)B.放射性同位素地球化學(xué)測年C.微量元素地球化學(xué)示蹤D.化學(xué)沉積模擬二、填空題（每空2分，共20分）1.河流水的化學(xué)成分主要受______、______和______三個因素的制約。2.沉積物中的有機質(zhì)在缺氧環(huán)境下分解會產(chǎn)生___和___等氣體。3.水化學(xué)類型可以根據(jù)主要離子組成進行劃分，如______型、___型、___型和___型。4.沉積物中的碳酸鹽礦物（如方解石）的沉淀通常需要相對___的pH值和___的Eh條件。5.地球化學(xué)模擬軟件（如PHREEQC）可以用于計算水-巖反應(yīng)的______、______以及模擬元素在多相體系中的______。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述水-沉積物界面主要發(fā)生的地球化學(xué)過程及其對孔隙水化學(xué)特征的影響。2.簡述影響河流沉積物搬運和堆積的主要因素。3.簡述利用沉積物中穩(wěn)定同位素（如δ13C,δ1?N）信息推斷古環(huán)境（如古生產(chǎn)力、水生生物食性）的基本原理。四、論述題（每題10分，共20分）1.論述氧化還原條件（Eh）在控制水體和沉積物地球化學(xué)過程（如元素溶解、沉淀、遷移）中的關(guān)鍵作用。2.論述沉積物地球化學(xué)特征（如元素分布、有機質(zhì)含量、同位素組成）如何成為記錄古環(huán)境變化信息的重要載體。五、計算題（共15分）假設(shè)某地下水樣品的離子分析結(jié)果如下（單位：meq/L）：Na?=3.0,K?=0.5,Mg2?=1.5,Ca2?=2.0,Cl?=4.5,SO?2?=1.5,HCO??=2.0,CO?2?=0.1。請計算：(1)該地下水的總?cè)芙夤腆w（TDS，單位：meq/L）和（以mg/L表示的）大致TDS值（假設(shè)水的平均密度為1g/cm3，各離子平均摩爾質(zhì)量按40g/mol計算，忽略未電離的H?CO?）。(2)該地下水的pH值（假設(shè)只考慮HCO??和CO?2?的貢獻，Ka?=10??.7,Ka?=10?1?.3）。(3)簡要判斷該地下水的主要水化學(xué)類型。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.B4.D5.C6.C7.C8.C9.C10.C二、填空題1.氣候流域地質(zhì)生物活動2.甲烷二氧化碳3.鈉型鈣型鉀型-鈉型氯型4.高低5.平衡組成礦物相分配系數(shù)三、簡答題1.解析思路：首先列舉水-沉積物界面主要過程：吸附/解吸、氧化還原反應(yīng)、溶解/沉淀。然后分別說明每個過程如何影響孔隙水化學(xué)。吸附/解吸使某些元素（如Fe,Mn,有機質(zhì)）在界面富集或虧損，改變孔隙水濃度；氧化還原反應(yīng)控制元素（如Fe,Mn,S,C）的價態(tài)和溶解度，顯著影響pH和Eh；溶解/沉淀過程直接改變孔隙水中目標(biāo)元素的濃度，并可能導(dǎo)致新礦物形成，影響離子強度和TDS。2.解析思路：列舉影響因素：水流能量（流速、流量）、流域地形（坡度、長度）、沉積物性質(zhì)（粒度、形狀、密度）、植被覆蓋、基巖類型。說明這些因素如何共同作用影響搬運（能量決定搬運距離和方式，如懸移、推移；物質(zhì)性質(zhì)影響搬運能力）和堆積（能量減弱時發(fā)生堆積；地形洼地利于堆積；沉積物性質(zhì)影響沉降速度和層理形成）。3.解析思路：首述基本原理：不同生物（生產(chǎn)者、消費者、分解者）通過代謝活動（光合作用、呼吸作用、分解作用）吸收和釋放同位素，導(dǎo)致生物組織和環(huán)境介質(zhì)（如水、沉積物）中目標(biāo)元素（如C,N）的同位素組成發(fā)生分餾。然后說明如何利用測得的沉積物同位素值（相對于標(biāo)準(zhǔn)）與已知環(huán)境背景值或理論分餾模型比較，推斷古生產(chǎn)力水平（如δ13C可反映有機物來源和分解程度）、水生生物的食性（如δ1?N可反映生物營養(yǎng)級聯(lián)和食物來源）等環(huán)境信息。四、論述題1.解析思路：首先定義Eh（氧化還原電位）及其在地球化學(xué)中的意義（衡量氧化還原能力）。然后分點論述：①控制氧化性/還原性物質(zhì)的溶解與沉淀：如Eh高時，F(xiàn)e(II)易氧化成Fe(III)沉淀，Mn(II)易氧化成Mn(IV)沉淀；Eh低時，F(xiàn)e(III)氧化物易被還原成Fe(II)溶解，硫酸鹽易被還原成硫化物沉淀。②影響元素遷移路徑和速率：某些元素在特定Eh范圍易溶于水，而在另一范圍易沉淀于沉積物，從而控制其在水-沉積物系統(tǒng)間的交換和遷移方向。③影響水化學(xué)組分和pH：氧化過程（如有機物氧化）通常產(chǎn)酸（降低pH），還原過程（如硫酸鹽還原）通常產(chǎn)堿（升高pH）。④控制生物地球化學(xué)循環(huán)的關(guān)鍵：許多生物代謝過程（如光合作用、呼吸作用）本質(zhì)上是氧化還原反應(yīng)，受Eh控制。2.解析思路：首述沉積物作為記錄媒介的特性：沉積過程相對快速，能捕獲當(dāng)時環(huán)境的化學(xué)信息；沉積物埋藏后相對封閉，信息保存時間長。然后分點論述：①元素分布特征：沉積物中元素（如V,Mo,U,REEs）的總量、垂直分布、橫向變化能反映物源區(qū)元素的富集程度、搬運過程中的損失或富集、以及沉積環(huán)境（如氧化還原條件、水動力）對元素分異的影響。②有機質(zhì)含量與性質(zhì)：有機質(zhì)含量、成熟度、類型（如腐殖質(zhì)、腐泥）及其地球化學(xué)特征（如元素組成、同位素）能指示沉積時的生物生產(chǎn)力、水生生物群落特征、氧化還原條件以及有機質(zhì)的埋藏和轉(zhuǎn)化潛力。③穩(wěn)定同位素組成：沉積物中碳酸鹽（δ13C,δ1?O）、硫酸鹽（δ1?O）、有機質(zhì)（δ13C）等的同位素值受控于形成時的溫度、pH、鹽度、生物作用、水循環(huán)等因素，通過與現(xiàn)代環(huán)境或古氣候模型對比，可重建古溫度、古鹽度、古生產(chǎn)力、古氣候變化等信息。④成巖礦物與結(jié)構(gòu)：沉積物中自生礦物的種類、含量和分布（如綠泥石、伊利石、黃鐵礦、碳酸鹽）是水-巖反應(yīng)的產(chǎn)物，反映了埋藏后的孔隙水化學(xué)演化路徑、氧化還原條件和沉積環(huán)境演變。五、計算題(1)解析思路：TDS計算基于電荷平衡。首先計算陽離子總電荷數(shù)（ΣMeq(+)）和陰離子總電荷數(shù)（ΣMeq(-)），理論上兩者應(yīng)相等。ΣMeq(+)=3.0+0.5+1.5+2.0=7.0meq/L。ΣMeq(-)=4.5+1.5+2.0+0.1=8.1meq/L。（此處題目給的數(shù)據(jù)似乎不平衡，通常假設(shè)電荷平衡，可按ΣMeq(+)≈ΣMeq(-)≈7meq/L計算，或按題目給出的分項計算TDS）。按分項計算：TDS=(3.0+0.5+1.5+2.0)+(4.5+1.5+2.0+0.1)=7.0+8.1=15.1meq/L。換算為mg/L：TDS(mg/L)≈15.1meq/L*40g/mol/1000meq/L≈0.604g/L=604mg/L。（注意：此計算基于題目給出的原始數(shù)據(jù)，未進行電荷平衡修正，結(jié)果可能不合理。若按電荷平衡原則，TDS應(yīng)基于陽離子或陰離子總和的近似值，如7meq/L，則TDS(mg/L)≈7*40/1000=0.28g/L=280mg/L。此處按原始分項計算過程展示）。答案：TDS≈15.1meq/L(或按電荷平衡約為7meq/L)；TDS≈604mg/L(或按電荷平衡約為280mg/L)。(2)解析思路：使用Henderson-Hasselbalch方程計算pH。首先判斷主要影響pH的緩沖對。HCO??/CO?2?的濃度比約為2.0/0.1=20，遠(yuǎn)大于1，因此該體系主要由HCO??緩沖。pKa?=-log(Ka?)=10.3。pH=pKa?+log([HCO??]/[CO?2?])。pH=10.3+log(2.0/0.1)=10.3+log(20)。pH=10.3+1.3=11.6。答案：pH≈11.6。(3)解析思路：比較主要離子濃度：Ca2?=2.0meq/L,Mg2?=1.5meq/L,Na?+K?=3.5meq/L,