2025年大學(xué)《地球化學(xué)》專業(yè)題庫——地球化學(xué)生物元素相互作用研究考試時間：______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題干后的括號內(nèi)）1.下列哪一項不是影響生物有效態(tài)的主要因素？A.元素在環(huán)境介質(zhì)中的溶解度B.元素與礦物表面的吸附強度C.生物體膜系統(tǒng)的選擇性通透性D.元素的宇宙來源2.在生物地球化學(xué)循環(huán)中，通常被稱為“保守元素”的是指：A.主要參與生物體內(nèi)代謝反應(yīng)的元素B.在生物體與環(huán)境之間分配系數(shù)（Kd）接近于1的元素C.易被生物體富集的微量元素D.主要以有機質(zhì)形式存在的元素3.生物富集作用（Biomagnification）通常指的是：A.生物體從環(huán)境中吸收元素的過程B.元素在食物鏈中逐級富集的現(xiàn)象C.生物體通過代謝活動改變元素化學(xué)形態(tài)的過程D.元素在沉積物中積累的過程4.穩(wěn)定同位素分餾的主要驅(qū)動力是：A.元素的放射性衰變B.地球內(nèi)部熱能C.物理過程和生物化學(xué)過程導(dǎo)致的質(zhì)量差異D.大氣環(huán)流模式5.以下哪種同位素分餾通常被認為是由純物理過程（如氣體擴散）引起的？A.碳同位素在光合作用中的分餾B.氧同位素在蒸發(fā)-凝結(jié)過程中的分餾C.氫同位素在液態(tài)水交換中的分餾D.硫同位素在硫酸鹽還原過程中的分餾6.在海洋沉積物中，黃鐵礦（FeS?）的發(fā)育通常指示了怎樣的古環(huán)境氧化還原條件？A.強氧化環(huán)境B.弱氧化-弱還原環(huán)境C.混合氧化-還原環(huán)境D.強還原環(huán)境7.以下哪類生物標(biāo)記物通常被用來指示古海洋的表層生產(chǎn)力？A.生物硅（SiO?）殼B.鈣質(zhì)骨骼或殼C.有機質(zhì)中的特定脂質(zhì)分子（如長鏈烷烴、甾烷）D.磷灰石顆粒8.人類活動導(dǎo)致的大氣CO?濃度升高，主要通過哪些地質(zhì)碳循環(huán)過程受到調(diào)節(jié)？A.煤炭燃燒和石油開采B.海洋生物泵和沉積物保存C.森林砍伐和城市化D.地殼風(fēng)化作用9.微量元素在生物體內(nèi)發(fā)揮重要的生理功能，但過高濃度也可能導(dǎo)致毒害。以下哪種元素在生理上必需，但過量攝入會中毒？A.鈣(Ca)B.鎂(Mg)C.鋅(Zn)D.鍶(Sr)10.地球化學(xué)模擬軟件（如PhreeqC,MINTEQ）在研究地球化學(xué)生物元素相互作用中的主要應(yīng)用是：A.直接測量生物體內(nèi)的元素含量B.模擬計算元素在不同環(huán)境相（固、液、氣）之間的分配和遷移C.研究生物體的遺傳密碼D.控制生物體的生長環(huán)境二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.元素在生物體與環(huán)境之間的分配比例通常用________來衡量。2.根據(jù)元素在生物地球化學(xué)循環(huán)中的行為，可分為________元素、________元素和指示礦物元素。3.穩(wěn)定同位素比值通常用________符號（如δ13C,δ1?O）來表示。4.生物地球化學(xué)循環(huán)將地球上的元素在________、________和________之間進行遷移和轉(zhuǎn)化。5.Fe,Mn等過渡金屬元素的價態(tài)變化對它們的________和生物有效性有重要影響。三、名詞解釋（每題4分，共16分。請給出簡潔、準(zhǔn)確的定義）1.生物有效性(Bioavailability)2.地球化學(xué)分餾(GeochemicalFractionation)3.生物標(biāo)記物(Biomarker)4.生物地球化學(xué)循環(huán)(BiogeochemicalCycle)四、簡答題（每題6分，共18分。請簡要回答下列問題）1.簡述影響元素生物有效性的主要物理化學(xué)因素。2.解釋什么是同位素分餾，并舉例說明其在環(huán)境地球化學(xué)研究中的一個應(yīng)用。3.簡要描述磷（P）在海洋環(huán)境中的主要生物地球化學(xué)過程。五、論述題（共26分。請結(jié)合具體實例或原理，深入闡述下列問題）1.論述生物活動如何影響碳（C）在地球生物圈-大氣圈中的循環(huán)，并分析人類活動對其產(chǎn)生的擾動。（12分）2.選擇一種你感興趣的環(huán)境地球化學(xué)問題（如重金屬污染、古環(huán)境重建、氣候變化指示等），闡述地球化學(xué)生物元素相互作用在這一問題中的關(guān)鍵作用，并說明可能采用的研究方法。（14分）試卷答案一、選擇題1.D2.B3.B4.C5.B6.D7.C8.B9.C10.B二、填空題1.分配系數(shù)(或Kd,生物地球化學(xué)分配系數(shù))2.主要；微量元素3.δ(Delta)4.生物圈；巖石圈；水圈5.生物地球化學(xué)行為(或地球化學(xué)行為)三、名詞解釋1.指元素能夠被生物體實際吸收和利用的程度或能力。2.指在物理或化學(xué)過程中，不同質(zhì)量的同位素之間發(fā)生分離，導(dǎo)致它們在樣品中的相對比例發(fā)生改變的現(xiàn)象。3.指在現(xiàn)代生物體中存在，并且在沉積物或巖石中能以相對富集形式出現(xiàn)的生物來源的有機或無機化合物（或礦物），可用于重建古代環(huán)境或生物信息。4.指地球上的元素在生物圈、巖石圈（地殼、地幔、地核）、水圈（海洋、淡水）之間通過生物過程和非生物過程進行的遷移、循環(huán)和轉(zhuǎn)化。四、簡答題1.影響元素生物有效性的主要物理化學(xué)因素包括：元素的溶解度（越易溶越有效）、與礦物（特別是風(fēng)化產(chǎn)生的粘土礦物、氧化物）的吸附-解吸特性、環(huán)境的氧化還原條件（影響元素價態(tài)和礦物相）、pH值（影響元素存在形式和礦物溶解度）、溫度、以及生物膜的選擇性通透性和酶促反應(yīng)等。2.同位素分餾是指在不同物理或化學(xué)過程中，由于不同質(zhì)量的同位素行為（如擴散速率、反應(yīng)活性）存在微小差異，導(dǎo)致它們在產(chǎn)物和反應(yīng)物中的相對比例發(fā)生改變的現(xiàn)象。例如，在蒸發(fā)-凝結(jié)過程中，較重的同位素（如1?O）比較輕的同位素（如1?O）更難揮發(fā)，因此富含1?O的水分更易蒸發(fā)，而富含1?O的水分更易凝結(jié)。通過測量降水、水汽、地表水和地下水中1?O/1?O的比值差異，可以追蹤水循環(huán)路徑、識別水來源、研究地下水補給等環(huán)境地球化學(xué)問題。3.磷（P）在海洋環(huán)境中的主要生物地球化學(xué)過程包括：生物吸收過程，主要是浮游植物和細菌通過細胞膜上的轉(zhuǎn)運蛋白主動吸收溶解態(tài)無機磷（DIP，如HPO?2?,H?PO??）和有機磷（OPO?）；磷酸鹽的再礦化過程，死亡的生物有機體分解或生物活動釋放出磷；沉積過程，當(dāng)沉積物處于缺氧環(huán)境時，有機磷和部分無機磷會沉淀保存；以及可能的風(fēng)化輸入和向上覆水體釋放過程。五、論述題1.碳（C）在地球生物圈-大氣圈中的循環(huán)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及大氣、海洋、陸地（植被、土壤、巖石）等多個圈層。生物活動是調(diào)節(jié)該循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。*光合作用：植物和浮游植物利用大氣中的CO?，通過光合作用固定碳，將其轉(zhuǎn)化為有機物，并釋放氧氣。這是大氣CO?的主要匯（吸收庫）。*呼吸作用：生物體（植物、動物、微生物）通過呼吸作用將有機碳氧化分解，釋放CO?回大氣，是大氣CO?的主要源。*分解作用：微生物分解死亡的有機體，釋放CO?和含磷、氮等元素的有機物。*海洋吸收：海洋吸收大氣中的CO?，主要通過物理溶解和生物泵過程。浮游植物吸收CO?進行光合作用，部分有機碳通過沉降進入深海沉積物，長期保存。*人類活動的影響：大規(guī)模燃燒化石燃料（煤炭、石油、天然氣）和土地利用變化（如森林砍伐）極大地增加了大氣CO?濃度。這導(dǎo)致大氣-海洋碳交換速率增加（海洋吸收更多CO?）、全球變暖、海洋酸化等一系列環(huán)境問題。同時，陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力可能因氣候變化和干旱而減弱。*反饋機制：大氣CO?濃度升高會增強植物光合作用（碳匯增強），但同時全球變暖可能抑制陸地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力，并加速土壤有機碳分解（碳源增強），最終凈效應(yīng)對未來的碳循環(huán)仍存在不確定性。2.（示例：選擇古海洋溫度重建）*問題：利用地球化學(xué)生物元素相互作用研究古海洋表層溫度。*關(guān)鍵作用：古海洋表層溫度是影響海洋生物（特別是浮游生物）生理活動和同位素分餾的重要因素。通過分析沉積物中生物標(biāo)記物或同位素記錄，可以重建古溫度。*生物標(biāo)記物方法：許多浮游生物（如有孔蟲、顆石藻）在其外殼（骨骼或殼）中沉淀碳酸鈣（CaCO?）或硅質(zhì)（SiO?）。這些生物殼的礦物ogy和化學(xué)組成受到當(dāng)時海水物理化學(xué)條件（包括溫度）的影響。例如，鈣質(zhì)有孔蟲外殼中的氧同位素比值（δ1?O）受到海水溫度和表層水鹽度的影響，溫度越高，分餾越小，δ1?O值越低。通過測量現(xiàn)代有孔蟲的δ1?O-溫度關(guān)系（溫度計），可以估算古代沉積物形成時的表層溫度。硅質(zhì)顆石藻的元素組成（如Mg/Ca比值）也顯示與現(xiàn)代溫度存在相關(guān)性，可用于溫度重建。*同位素方法：除了氧同位素，碳同位素比值（δ13C）也可以指示古溫度。浮游植物利用CO?進行光合作用，其同位素分餾程度與表層溫度有關(guān)。因此