黑碳在沉积老化过程中的稳定碳同位素变化研究

Black carbon (BC) can be slowly degradated in the natural environment. It is very important to investigate the stable carbon isotope changes of BC in the aging degradation process. In this project, the stable carbon isotope changes of BC in the aging process will be studied as follow: (1) to investigate the stable carbon isotope changes of BC in the abiotic processes. The degradation influencing factors such as the BC properties and the depositional conditions were systematically studied to clarify the stable carbon isotope changes mechanisms of BC in the abiotic processes. (2) to understand the stable carbon isotope changes mechanisms of BC in the biotic processes, the stable carbon isotope changes of BC in the biotic processes were systematically investigated. (3) to understand the stable carbon isotope changes of BC in the thermal aging process, the stable carbon isotope changes of BC in the thermal aging processes were systematically studied. Finally, the stable carbon isotope changes of BC and the chemical functional groups and structures of BC in the aging degradation process were contrastive analyzed to understand the reasons of the stable carbon isotope changes of BC in the aging process. This study are very helpful for us to understand the stable carbon isotope change mechanisms of BC in the aging process. The results would provide supports for better application of BC isotope indicators in the future.

黑碳(BC)在土壤/沉积环境中可以被缓慢地老化降解，对黑碳在老化降解过程中的稳定碳同位素变化进行研究具有重要的科学意义。在本课题中，申请者拟从3个方面系统地研究黑碳在老化降解过程中的稳定碳同位素变化：（1）黑碳在非生物降解过程中的稳定碳同位素变化，对影响黑碳降解的因素如黑碳特征、沉积条件等进行系统研究，弄清黑碳在非生物降解过程中的稳定碳同位素变化机制。（2）对黑碳在生物降解过程中的稳定碳同位素变化进行研究，了解黑碳在生物降解过程中的稳定碳同位素变化机制。（3）对黑碳在热老化过程中的稳定碳同位素进行研究，了解黑碳在热老化过程中的稳定碳同位素变化特征。最后通过对比分析黑碳在老化降解过程中的稳定碳同位素变化与化学性质结构的变化特征，弄清引起黑碳稳定碳同位素变化的原因。该研究将有助于我们了解黑碳在老化降解过程中的稳定碳同位素变化机制，为科学家更好地应用黑碳稳定碳同位素指标提供理论依据和数据支持。

黑碳由于具有较高的生物和化学稳定性，在环境和生物地球化学过程中扮演着重要的角色。本课题主要以黑碳为研究对象，系统地研究了黑碳的形成、化学特征、化学和热稳定性以及在降解过程中的稳定碳同位素变化。取得的主要创新性成果包括：1）利用不同类型生物质为原料生成了一系列黑碳样品并进行表征，研究发现原料类型和热解温度是影响黑碳的化学组成、结构和稳定性的重要因素。在较高温度下形成的黑碳具有较高的芳香度和稳定性，而在低温条件下形成的黑碳则保留植被的一些信息并具有较低的稳定性。另外形成机制也会影响黑碳的化学特征。2）燃烧来源的黑碳样品中不但含有较多的稳定碳组分，也含有一定的溶解性组分如冷水、热水、碱溶性有机质和类腐殖质。这些物质的含量和性质主要受到原来类型和热解温度的影响。3）以铬酸为反应体系，研究了黑碳和干酪根的化学老化过程，发现黑碳没有发生的明显的老化，并且黑碳的稳定碳同位素也没有明显波动。另外通过对比黑碳和干酪根的化学氧化特征，指出了铬酸氧化法的优缺点。4）系统研究了黑碳在沉积过程中的变化规律，揭示了黑碳在不同沉积条件下的老化过程。结果指出黑碳类型、形成温度、沉积条件（pH值、生物非生物）都影响着黑碳的老化降解程度和变化趋势。另外对晚三冬期松辽盆地姚家车站剖面、后金沟剖面和岳王城剖面的黑碳记录进行测定，黑碳的稳定碳同位素指示了气候的变化特征。总的来说，本课题的研究不仅为系统认识黑碳的化学特征和稳定性提供了帮助，也为科学家更好地应用黑碳稳定碳同位素指标提供了数据支持。