黄土沉积中化学氧化法提取黑碳流程的评估和优化

作     者：王者 周斌 WANG Zhe;ZHOU Bin

作者机构：南京大学地球科学与工程学院表生地球化学教育部重点实验室江苏南京210023 

出 版 物：《第四纪研究》 (Quaternary Sciences)

年 卷 期：2024年第44卷第1期

页      面：240-249页

核心收录：

学科分类：070903[理学-古生物学与地层学(含：古人类学)] 0709[理学-地质学] 07[理学] 

基　　金：国家自然科学基金重大项目(批准号:41991323) 国家自然科学基金项目(批准号:41977378)共同资助 

主　　题：热解碳/元素碳 黄土-古土壤 惰性有机碳 野火 前处理流程 

摘      要：第四纪黄土沉积物中黑碳主要为当时地表生物质燃料不完全燃烧产生的一系列含碳物质的连续体。由于各含碳物组分间界线不明确,采取不同的定量提取方法可能导致不同的数据结果。前人采用重铬酸钾化学氧化法提取黄土沉积中黑碳的研究中定量结果存在一个数量级的差异,影响了研究结果的可解释性和可对比性,阻碍了黄土高原区域黑碳相关研究的发展。对比分析发现,先前研究提取过程分别采用了不同的氧化时间,这可能是数据呈现明显差异的原因。本研究选取黄土高原段家坡剖面特征层位(S_(5)、L_(9)和S_(9))样品,并分为多组子样品采用不同氧化时间进行处理,对不同氧化时间提取物进行剩余碳含量(RC%)、碳同位素组成(δ^(13)C)及拉曼光谱测试,探究氧化时间对重铬酸钾化学氧化法提取黄土中黑碳效果的影响。结果显示,提取物RC%与氧化时间的变化关系符合质量作用定律,即达到一定氧化时间后,提取物RC%趋于稳定,证明足够的氧化时间可提取黄土中黑碳;在氧化前烘干研磨样品的条件下,仅需20 h即可使RC%稳定。但碳同位素组成测试结果显示,至少100 h后,所有实验中氧化提取物δ^(13)C均保持稳定(变化0.5‰)。进一步通过拉曼谱图比较发现,氧化前烘干研磨样品后,黄土样品(L_(9)层)经60 h及以上处理后的氧化提取物及古土壤样品(S_(5)层)经80 h及以上处理后的氧化提取物变为均一组成,且有明显的经历火事件的碳质材料一级模特征峰(1340 cm^(-1)及1580 cm^(-1)附近),而不烘干研磨的条件下,所有样品直接进行100 h氧化反应也可达到相同效果。综合时间效率、结果稳定性和流程统一性等各因素,提出黄土-古土壤序列沉积物黑碳的提取过程中,在重铬酸钾化学氧化一步采用100 h的时间进行充分反应,氧化前无须再烘干研磨。本研究优化了化学氧化法提取黄土中黑碳的实验流程,对系统开展黄土区域黑碳工作,重建区域火并探讨其演化规律提供了技术支撑;为其他沉积环境黑碳流程的优化和评估提供了研究范本。