中山大学汪善全教授来我室进行学术交流

2022年6月16日下午2:00在图情楼第三学术会议室,中山大学环境科学与工程学院汪善全教授应邀来有机地球化学国家重点实验室做了主题为“卤代有机物生物转化与污染场地修复应用”的学术报告,全程英文发言。报告由中科院广州地化所罗春玲研究员主持,有机地球化学国家重点实验室(以下简称“有机室”)主任张干研究员与部分师生参加了此次学术交流。

汪教授首先从研究背景出发,向大家展示了有机污染场地微生物修复面临的挑战,接着介绍了基于高通量活性筛选方法的脱卤菌筛选与富集研究,为高效富集分离脱卤微生物提供了一种新的研究思路,然后讨论了微生物脱卤助剂开发、生境控制技术的研究过程,最后汪教授从修复效果和经济成本等方面为大家介绍了他研究组的脱卤菌剂在实际场地的修复应用情况。

在报告期间,有机室师生与汪教授围绕相关内容展开深入讨论交流,并对领域前沿亟待解决的突出科学问题给予展望,气氛和谐融洽。报告会后,汪教授与我室罗春玲研究员在标本楼722进行了座谈。有机室钟英、曾艳红、梁医、李继兵、江龙飞等青年科研教师参加座谈。罗春玲研究员在座谈会上介绍了室里有关卤代有机物脱卤方面的研究现状与未来发展规划。汪善全教授对有机室该方向的发展提出了宝贵指导性建议。在座谈会上,参会人员还就项目合作以及实验室搭建进行了深入交流。

汪善全是中山大学环境科学与工程学院教授,博士生导师。2012年获新加坡国立大学环境工程博士学位;毕业后先后在新加坡国立大学、新加坡基因研究所及美国伊利诺伊大学香槟分校从事博士后研究工作,2016年回国入职中山大学。主要从事土壤与沉积物环境中持久性卤代有机物污染生物修复、厌氧消化及C-N-S-X(卤素)元素循环等微生物还原过程研究与技术开发。其中,所获得的多氯联苯(PCBs)脱氯菌株及其功能基因信息是该研究领域近30年来的重大突破(PNAS, Wang et al., 2014; PNAS, Bedard, 2014)。先后获得广东省珠江人才计划青年拔尖人才及国家自然科学基金优秀青年项目等支持。

EPSL:埃迪卡拉-寒武纪转折期大尺度汞循环及其对环境与生物演化的启示

田辉 研究员

迪卡拉-寒武纪转折期(560-514 Ma)是地球历史上生物变革的关键时期,主要表现为埃迪卡拉型动物的灭绝(大约541 Ma)和寒武纪早期多门类动物的爆发(大约541-514 Ma)。地球表生环境变化被认为是控制生物演化的关键因素之一,有关这一时期的环境与生物协同演化也一直是地球科学研究的热点和争论的焦点。尽管海洋缺氧被认为是埃迪卡拉型生物灭绝的主要原因,但一些证据表明这一时期的氧水平明显升高,至少浅水呈氧化状态,故缺氧可能不是唯一的生物灭绝原因。同时,寒武纪早期大规模有机质埋藏被认为是氧水平显著升高的重要因素并促使动物多样化,然而对有机质大规模埋藏的机制(如缺氧水体扩张或陆源营养盐输入导致的高生产力及有机质通量)仍存在一定的争议,也缺乏直接的地球化学证据。
针对上述问题,广州地球化学研究所博士后伍耀文在田辉研究员和彭平安院士的指导下,联合中科院贵阳地化所尹润生研究员、成都理工大学李超教授,对华南地区ZK4411钻井岩心样品(时间跨度约550–514 Ma)开展了高精度汞含量及同位素等地球化学分析,并结合印度和华南地区已发表的汞地球化学数据(Yin et al., 2017; Liu et al., 2021),建立了大尺度的汞循环模式,从新的视角探讨了这一关键时期环境与生物协同演化。
研究显示,晚埃迪卡拉时期华南和印度地块沉积物具有异常高的Hg/TOC比值和Δ199Hg~0‰的同位素特征,表明该时期存在持续性的大规模火山活动(图1和图2A)。火山活动释放的大量CO2等温室气体可能是造成前寒武-寒武界限处全球性的碳同位素负偏(BACE;541 Ma)和全球海平面逐步上升的重要因素。同时,火山喷发物(如CO2和SO2)也会造成气候波动和海洋酸化,从而使海洋生态系统崩溃,因此可能是埃迪卡拉型生物灭绝的重要机制。在寒武纪幸运期-第二期,华南地区沉积物具有较高的Hg/TOC比值但偏正的Δ199Hg同位素(图1和图2B),说明汞的主要来源是大气Hg(II)沉降,可能与火山活动减弱有关,进而降低了对海洋生物的伤害,这也为小壳型动物的发育创造了有利条件。值得注意的是,在寒武纪第三期(Age 3)早期(即大体型动物出现时期),华南和印度地块沉积物具有相似的汞同位素值(负的δ202Hg和正的Δ199Hg),并且Hg和TOC具有高度的关联性,反映出海水Hg(II)吸附于有机质而共同大规模埋藏(图1),这主要与海平面上升导致缺氧水体扩张至大陆架陆棚等区域有关(图2C)。在寒武纪第三期(Age 3)中晚期,沉积物具有低Hg/TOC比值以及Δ199Hg~0‰同位素特征,指示了陆源汞的输入,可能与陆源营养盐输入有关(图2D)。
总之,本研究提出的大尺度汞循环模式不仅揭示出火山活动可能是埃迪卡拉型生物灭绝和碳循环波动的重要原因,也为深入认识寒武纪第三期(Age 3)大规模有机质的埋藏机制及其导致的氧水平升高,以及埃迪卡拉-寒武纪转折期的环境与生物协同演化提供了新的视角,相关研究成果发表于国际知名期刊EPSL(Earth and Planetary Science Letters)上。该研究受国家杰出青年科学基金(41925014,41825019)等项目联合资助。
论文信息:Wu, Yaowen(伍耀文), Yin, Runsheng(尹润生), Li, Chao(李超), Chen, Di(陈迪), Grasby, Stephen E., Li, Tengfei(李腾飞), Ji, Sui(纪随), Tian, Hui*(田辉*), Peng, Ping’an(彭平安), 2022. Global Hg cycle over Ediacaran-Cambrian transition and its implications for environmental and biological evolution. Earth and Planetary Science Letters 587, 117551. DOI: 10.1016/j.epsl.2022.117551.

图1 埃迪卡拉-寒武纪转折期华南和印度地区高精度汞含量和同位素特征对比图。其中,华南Zhijin和Maosi剖面数据引自Yin et al. (2017);印度Mussoorie的汞地球化学数据引自Liu et al. (2021)。

图2 埃迪卡拉-寒武纪转折期汞循环以及海洋氧化还原状态模式图。

参考文献:
Liu, Z.R., Zhou, M.F., Wang, W., 2021. Mercury anomalies across the Ediacaran-Cambrian boundary: Evidence for a causal link between continental erosion and biological evolution. Geochimica et Cosmochimica Acta 304, 327–346.
Yin, R. S., Xu, L. G., Lehmann, B., Lepak, R. F., Hurley, J. P., Mao, J. W., Feng, X. B., Hu R. Z., 2017. Anomalous mercury enrichment in Early Cambrian black shales of South China: mercury isotopes indicate a seawater source. Chemical Geology 467, 159–167.

JAAS:气相色谱-中红外同位素光谱联用技术分析水中苯系物的单体碳同位素组成

金彪 研究员

体稳定碳同位素分析(C-CSIA)技术是示踪温室气体与环境有机污染物来源和过程的有力工具。目前,气相色谱-同位素比值质谱仪(GC-IRMS)是C-SIA的主流技术。近年来,光谱同位素分析技术进步飞速,且具有高效、便携、可现场布控、分析成本低等特点,在现场实时测量温室气体和二氧化碳地质封存场地逸散气体的同位素指纹方面优势明显。但是,该项技术目前主要应用于甲烷、乙烷、丙烷等小分子气体的碳同位素分析。适用于不同环境介质样品中各类化合物的碳同位素光谱分析技术仍缺乏方法优化和系统验证,主要技术难点是衔接混合样品的高效色谱分离和光谱同位素的同步分析。
近期,中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室博士研究生张霁云及导师金彪、张干研究员、王强工程师与苏州冠德能源科技有限公司史哲工程师及齐鲁工业大学朱地教授联合攻关,采用气相色谱-中红外同位素光谱联用技术,在水中苯系物的单体碳同位素组成分析方面取得了突破。这项工作聚焦水中挥发性有机污染物的C-CSIA分析测试需求,联用气相色谱和中红外光谱,通过调节、优化气路设计以及光谱参数,采用固相微萃取(SPME)和预热顶空两种进样方式,实现了微克每升浓度级别水溶液样品中的苯、甲苯、乙苯、三甲基苯等物质的色谱分离与单体δ13C高精度分析。通过与GC-IRMS技术的分析结果对比表明此方法对于各目标单体的分析误差均在0.5‰以内。另外,我们应用这个方法观测到了页岩气水平钻井过程钻井液中三甲基苯的稳定碳同位素分馏。该方法稳定性强、精度高、并以氮气为载气降低了污染物C-CSIA的分析成本,更利于污染场地现场布控和现场测试(图1)。

图1. 气相色谱-中红外同位素光谱联用方法建立、优化与页岩气开发场地应用

图2. 测量系统构成与原理(左)及JAAS期刊封面(右)

该项成果近期以主封面(Front Cover)文章发表在Journal of Analytical Atomic Spectrometry (JAAS) 杂志(图2),该研究获得国家重点研发计划“页岩气开采场地特征污染物筛查和污染防控”(2019YFC1805500)和中国科学院仪器研发攻关预研项目(282021000003)资助。