水和廢水處理- Forschen科學

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論人類世的地球化學與礦物學

Elhoucine Essef1、2 *

1 突尼斯加貝斯大學加貝斯應用科學和技術高等學院
 2 Unité de Recherche Électrochimie, Matériaux et environmental UREME (UR17ES45)， Université de Gabès, Gabès，突尼斯

*通訊作者:突尼斯加貝斯大學應用科學與技術高等學院Elhoucine Essefi電子郵件:hocinsefi@yahoo.fr;hocinsefi@gmail.com


摘要

由於地球化學和礦物學是相互控製的，這項工作旨在回顧與人類世地層有關的地球化學和礦物學信號的設置。從地球化學角度看，全球範圍內大氣、水圈和土壤圈的地球化學富集可作為人類世的地層標誌。例如，主要營養元素、微量元素、新興汙染物和有機汙染物的全球生物地球化學循環在最近的人類世中由於人類活動而發生了改變。此外，有些同位素可作為人類對全球環境廣泛影響的同位素標誌。利用富集汙染因子、地球聚集指數和汙染負荷指數等地球化學參數的計算，提出了幾種評價人為效應尺度的方法。為了區分自然汙染和人為汙染，應使用地球化學背景水平。此外，主成分分析(PCA)和聚類技術(CT)等統計方法被認為與研究人類世樣本相關。作為突尼斯汙染遺址人類世記錄的例子，我們提出了三個案例。(1)基於重金屬和PCA的斯法克斯海岸岩心人類世記錄。(2)基於紅外和CT的蓋比斯Sebkha El Guetiate岩心人類世記錄。 (3) Polychlorinated Biphenyls (PCBs) previously detected at the surface of Bizerte lagoon was reinterpreted as proxy to set the Anthropocene strata in Tunisian wetlands. Added to the direct effects of human pollution, secondary effects such as the acidification of aquatic environment increase mobility of several trace elements, leading hence to a new generation of mineral species. During a small period from 2017 to the beginning of the 2020, a boom of the number of mineral species may be noticed in the approved list of new minerals. In this review, we catalog only 30 mineral species resulting from combination of the new human induced elements pumped within environment.

關鍵字

世;地球化學;礦物學;地球化學濃縮;同位素簽名;十一礦物學的階段;人造礦物種類


簡介

人類世是一個有待討論的地質時期，可以追溯到人類對陸地環境的直接和間接影響以及隨後的地球化學和礦物學影響[1,2]。直到現在，人類世這個術語還沒有被批準作為地質尺度[3]的一個正式細分。盡管對人類世的開始時間和地層狀況存在爭議，但記錄了一些常見的地球化學和礦物學信號，這些信號與環境汙染、氣候變化和地形變化有關。化學汙染是影響環境的最明顯的人為信號。幾十年來，大量的工業和農業汙染物逐漸豐富了大氣、水圈和土壤圈。在市區附近，與本底水平相比，人為汙染通常導致元素富集，可作為人類世的化學地層標誌。要在人類世的開始設置一個新的年代地層細分，信號應該是持久的、清晰的、全球的和同步的，以表明所需的全球層型剖麵和點(GSSP)。

研究了富集汙染因子、地球聚集指數和汙染負荷指數等地球化學參數的計算方法和指標。為了區分自然汙染和人為汙染，應使用地球化學背景水平。結合同位素和地球化學特征，岩心內的人為汙染可以用來確定人類世-全新世的過渡。因此，某些元素可作為人類活動增加的地球化學指標。除了人類汙染的直接影響外，水環境酸化等次生影響增加了幾種微量元素的流動性。隨著時間的推移，它們改變了化學元素的自然循環，並對陸地係統造成直接和間接的影響。

實際上，地球化學和礦物學在人類世和其他年代地層細分中是不能分開處理的。地球化學提供所有元素的成分，以編製任何礦物的化學公式。此外，它控製化學和物理參數，以加強礦物的結晶或溶解。換句話說，地球化學不僅提供礦物的必要成分，而且控製礦物的穩定範圍。反過來，某些礦物的溶解可以通過特定的元素使環境更加豐富，從而產生新的地球化學。為此，本工作采用了人類世地球化學和礦物學的平行研究。人類世地球化學變化的間接影響之一是新礦物學的出現。這種礦物學的特征是新礦物種類的出現以及現有礦物穩定性的變化。這種變化可能導致某些礦物質的數量異常增加，而另一些則異常減少。

這項工作的目的有兩個。一方麵，綜述了世界範圍內記錄的人類世地球化學信號，包括大氣、水圈和土壤圈;討論了記錄人類世的最佳代理和地球化學參數。介紹了突尼斯濕地中人類世地球化學記錄的幾個實例。另一方麵，對新引入的地球化學元素與改良的催化環境相結合所產生的新礦物學進行了評述。此外，國際礦物學協會(IMA)(2018-2019-2020)最近批準的30種額外礦物更新了人類世礦物清單。

人類世地球化學

人-環境相互作用是複雜和動態的，包括受不同尺度(局部、區域、全球)影響的不同環境係統(大氣、土壤圈和生物圈)。與以前的自然異常相反，在最近的沉積環境中記錄的人類世異常是由於工業源造成的汙染。雖然人為汙染元素在大氣、水圈、土壤圈和生物圈中傳播，但最終在沉積環境檔案[4]中自然出口保存得最好。分析化學結合地球化學方法對區分人為和自然來源至關重要[5,6]。這些化探和環境地球化學中的一些方法和概念，可以根據地球化學異常[7]及其參考，在人類世-全新世過渡的背景下加以應用。然而，地球化學異常應首先定義為元素濃度與標準濃度[8]的異常值。最近對人類世汙染的地球化學背景評價進行了研究和參考。

元素地球化學

隨著分析技術的不斷發展和精度的提高，元素地球化學已成為人類世地層設置的良好記錄工具。信號可以在全球以及區域和局部尺度上記錄。根據研究規模、所用材料和分析技術的不同，學者們提出了不同的代用指標來研究人類世。

營養元素生物地球化學:地球上主要營養元素的全球生物地球化學循環，包括C、N和P[10,11](圖1)，由於農業和工業活動，最近在人類世發生了改變。這種影響全球碳循環的人為汙染已在氣候變化和海洋日益酸化[12]的框架下被廣泛討論。由於人為CO的增加2在美國，海洋酸化影響了地球上主要營養物質的生物地球化學。例如，氮循環[13]中固氮和反硝化作用增加，因此初級產量[14]減少。這些修改將對海洋生態係統的波動產生影響。海洋pH值的降低導致CaCO飽和不足3.，導致珊瑚礁的破壞[15,16]。由於沙塵和人為酸性氣溶膠的相互作用，海洋中可溶性鐵的濃度增加。自1870年以來，在缺鐵地區，富鐵沙塵的沉積增加，由於浮遊植物生長加劇，加強了海洋的固氮作用。全球生物地球化學循環的改造基本上是從大氣層麵開始的。然後，它向其他陸地係統傳播。人類世作為人類改造的時代，到目前為止，還不值得在地質尺度內單獨劃分。過去幾十年的人類活動似乎直到現在才被認為是與以前的重大事件相比較，在地質尺度上形成了一個細分。盡管如此，冠狀病毒在環境方麵的特殊教訓表明，由於工農業活動在短時間內減少，大氣中的所有汙染物在全球範圍內都有所減少，這表明人類對環境的影響並非微不足道。因此，人類活動影響的時代值得從全新世的其餘部分進行個體化。

圖1:人類世海洋生物地球化學響應(b,c)由於大氣中可溶性鐵沉積的變化(a)[10]。

微量元素:學者認為，記錄微量元素富集的最佳環境是海洋環境，而非大陸環境[18,19]。海洋沉積物是汙染的最佳指標。它們不受pH、pE等影響微量元素遷移率的因素的影響。研究表明，河口沉積物中微量元素的濃度與交通強度和人口密度等人類活動密切相關，是人類世較好的地層標誌。

新興汙染物:現有條例[20]尚未涵蓋這一汙染物質的新趨勢，可能對生態係統和人類健康造成潛在威脅。其中一些可能是人類世的重要標誌。這些元素在醫藥和不同的高科技工業中使用的增加導致它們在環境中富集。在傳統的汙水處理廠中，由於其持久性和較弱的生物降解性，難以去除[20,21]。

同位素地球化學

為了研究工業汙染，使用了一些元素的穩定同位素[22]。S[23]、Hg[24]同位素特征;C [25]， O[26]和N[27]可以記錄環境受體中的汙染元素以及排放源的位置。此外，來自某一來源的物質的特定同位素特征不僅可以確定其自然和/或人為來源，而且還可以追蹤運輸途徑[28]。然而，利用穩定同位素在複雜生態係統中追蹤人為汙染源的路徑和地點並非直接可行。因此，多同位素方法[29-31]和與元素特征[32]的結合可能是有用的。90Sr[33]、137Cs[34]、238Pu[35]、239Pu[36]、240Pu[37]和241Am[38]等人造放射性同位素在全球範圍內的富集有助於指示人類世的開始時間。自核武器試驗開始以來，大多數放射性核素的濃度都有所增加[39,40]。從這些研究中，我們可以注意到，由於燃料消耗和化肥生產的增加，碳和氮同位素比值在19th和20th世紀。鉛和硫的同位素分別可以用來追蹤人類汙染和酸雨。所有這些代用物都可作為人類對全球環境廣泛影響的同位素特征。

有機地球化學

有機汙染物具有不同的結構(脂肪族、芳香族、聚合物)，通常與C、H、o等結構的生物成因元素有關，它們遵循生物地球化學循環的路徑，在大氣、水圈和土壤圈[41]內的有機物種之間高度遷移。持久性有機汙染物(POP)由於其毒性和停留時間，吸引了海洋[42]和大陸[43]環境的研究人員。多環芳烴(PAHs)[44]、有機氯農藥[45]、多氯聯苯[46]、二惡英[47]、多溴聯苯醚[48]和氟化化合物[49]可用於確定全新世-人類世的過渡。多氯聯苯在自然界中並不存在，從人類紀開始，世界範圍內就生產和使用多氯聯苯來引起沉積記錄的根本變化。事實上，沒有關於多氯化合物[50]的已知天然來源的記錄。它們在全球範圍內傳播，因此在全球最偏遠的地區也有分布;它們在環境中表現出很高的持久性[52]。此外，它們與沉積物[53]的親和力在很長一段時間內提供了可檢測的信號。

地球化學參數

討論了評價人類活動對環境係統的影響的幾個地球化學參數。特別為有毒微量金屬(如鋅、砷、Cd、Cr、Hg、Cu)和持久性有機汙染物(如多氯聯苯和多環芳烴)的濃度製定了汙染指數。相關的人為汙染、地球化學參數對確定人類世的開始具有重要的應用價值。汙染負荷指數、地質積累指數、富集因子(EF)和汙染因子(CF)是記錄人類世元素富集的可能指標。

富集因子:它是典型的背景富集指標，是最常用的地球化學參數之一。可以計算如下:

EF=(Ae x Bc)/(Ac x Be)

Ae為被研究樣品中的元素濃度。為該元素的參考濃度。Ac和Bc分別為研究元素和參考元素的Clarke或平均頁岩值。參考元素應保守，具有較高的抗風化性。最常用的參考元素是Al, Si, Fe, Sc, Li, Zr, Ti和Cs。根據EF值(表1)[54]可以找出五類。

富集因子值區間 濃縮的類別
小於或等於2 缺乏到微量富集
(2、5) 溫和的濃縮
(5、20) 重要的濃縮
(20、40) 非常高的濃縮
40多 極高的濃縮

表1:基於分類的富集因子值。

汙染因素:汙染因子(CF)最早由Hakanson L[55]提出，是對沉積物質量的分類。然後，它的應用擴展到其他應用，包括土壤和道路灰塵的估值。對於CF的計算，我們使用以下公式:

CF = Ci / Cn

Ci是五個不同采樣點樣品中所研究元素的平均濃度。Cn是該元素的背景濃度(前工業化或克拉克)。汙染的評價基於CFs值(表2)。

汙染因子值區間 類型的汙染
小於或等於1 低汙染
(1、3) 中度汙染
(3、6) 巨大的汙染
超過6 非常高的汙染

表2:基於汙染因子值的汙染類型。

在環境研究中，使用一種以上的元素可以確保對汙染的評價。對不止一種元素計算汙染程度。將八種汙染物(Cd、As、Cr、Cu、Pb、Hg、Zn和多氯聯苯)的CF值相加，可以得到一個稱為汙染程度(Cdeg)的參數[55,56](表3)。

Cdeg值區間 程度的汙染
小於或等於8 低汙染
(8, 16) 中度汙染
(16、32) 巨大的汙染
大於等於6 非常高的汙染

表3:程度的汙染。

汙染負荷指數:汙染負荷指數計算(PLI)[57]使用同一樣品中不同元素的濃度因子(ConcF)相對於其背景值。它是比較不同地點汙染的有效工具。

PLI=(ConcF1 × ConcF2 × ...... ConcFn)(1 / n)

ConcF是元素濃度與其背景濃度(Clarke或世界平均頁岩值)的商。PLI = 1為汙染樣品與未汙染樣品之間的閾值。PLI值提供有關汙染和清理操作的有效性的信息。

地積指數:的確，地積指數(簡稱“地積指數”)是衡量重金屬汙染的最有效和最簡單的標準。Muller G[58]通過將樣品數量與工業化前水平進行比較，確定了沉積物受金屬汙染的程度。它可以用下麵的等式來計算。地質指數= Log2n/ 1.5攝氏度bn)．Cn沉積物中的金屬(n)濃度和B是多少n為金屬本底濃度(n)， 1.5為因成礦作用而產生的本底基質校正因子。根據Müller尺度，計算得到的與研究樣本相關的地質指數顯示出不同的汙染類別(表4)。

Geo指數區間 類 沉積物質量
小於等於0 0 未受汙染的
[0, 1] 1 從未汙染到中度汙染
[1,2] 2 中度汙染
(2、3) 3. 從中度到重度汙染
(3、4) 4 強烈的汙染
(4、5) 5 從嚴重汙染到極度汙染
大於等於5 6 非常受汙染

表4:根據地質指數區間[58]劃分的沉積物類別。

人類世信號檢測的統計與計算技術

探測人類世不僅僅涉及分析技術。相反，一些統計和計算方法可能有助於將人為樣本作為一個獨立的種群進行個體化。僅舉幾個例子，主成分分析(PCA)和聚類技術(CT)。PCA的數學及其在環境科學中的應用在文獻中得到了廣泛的討論。這種統計技術已被證明與發現監測汙染的參數與其起源之間的因果和遺傳聯係有關。近年來的研究主要是利用主成分分析法尋找人類世地層[59]的指紋。另一方麵，結合PCA，聚類是一係列的多元方法，用於尋找“真實”的數據組，包括樣本或地球化學參數。它廣泛應用於生物化學、生物地球化學、生物學和生物計量學等學科。聚類技術是最近出現的最常用的強調汙染和跟蹤其起源的技術，因此可以識別人類世地層[59]。

突尼斯遺址中人類世的地球化學記錄

突尼斯濕地的重金屬汙染:濕地是人類紀的良好記錄者，因為其細小的粒度允許重金屬固定和有機汙染物的相對保存。在這項工作中，我們展示了一個來自斯法克斯海岸(突尼斯南部)的岩心，顯示了人類世地層的明顯背景。根據地質堆積指數(IGEO)值，人類活動已被證明是造成沉積物嚴重汙染的原因，特別是在沿海地區。結果表明，從測得金屬的地積指數來看，從地核的前10厘米開始，其值明顯上升(圖2)。Pb和Cd的地積指數在1 ~ 2之間，屬於二類，土壤質量屬於中度汙染。Cu和Ni的指標均不超過1，土壤質量從未汙染到中度汙染。總體上可以看出，汙染強度中等強，在岩心上部(從10 cm起)人類世-全新世界限明顯顯著。

圖2:全新世-人類世界限的設定是基於突尼斯南部斯法克斯海岸中心的重金屬含量。

從斯法克斯海岸開始沿岩心的地球化學、沉積和地球物理參數主成分分析PCA(圖3)(圖2)顯示了兩個科係的設置。第一種基本是自然誘發的，第二種是與人類誘發活動有關的。Pb相關家族與人類活動有關。因此，這組參數是確定人類世地層的一個很好的指標。

圖3:突尼斯海岸岩心部分地球化學和地球物理參數的主成分分析。

紅外和聚類技術檢測突尼斯濕地人類世記錄器對突尼斯濕地部分岩心的紅外研究表明，岩心頂部具有明顯的個別化特征，與新石器時代背景有關。紅外光譜數據的聚類(圖4)顯示了位於El Guetiate岩心海岸sebkha上部(160 cm)(突尼斯南部)的G5(深度2.5 cm)樣品的個體化。人類世位於這個核心的頂端是由於與氣候變化、汙染或變化的海平麵相關的沉積環境發生了根本性的變化。具體的有機汙染物在紅外探測中沒有明顯的出現，可能是由於其在沉積物中的稀釋，也可能是該技術的檢測極限較弱。盡管如此，CT將人類世樣本(G5)從其他剩餘樣本中個性化。

圖4:突尼斯南部El Guetiate sebkha岩心紅外光譜數據聚類:人類世信號。

多氯聯苯在突尼斯濕地中的人類世記錄:近年來，有學者提出多氯聯苯作為人類世地層標誌物。在突尼斯，多氯聯苯已經在Bizerte瀉湖的表麵被重新編碼[61]。在Bizerte瀉湖，153、138和180個PCB是主要的同源物(圖5)。如果隻考慮致畸形基因1效應，209個PCB同源物被分為(PCB二惡英樣(PCB- dl)和PCB非Nioxin樣(PCB- ndl)。與二惡英相比較，PCBsDL具有平麵構型。這些同源物中有12種被認為對健康毒性最大(4種鄰位:77、81、126和169;8個非鄰位:105 114 118 123 156 157 167和189)。然而，它們在工業混合物和環境基質中含量最少。1982年，歐洲委員會參考共同體在209個同族物中選擇了7個指標多氯聯苯，作為土壤圈和生物圈有機基質中優先分析的化合物，原因是它們的持久性、豐度和毒理學特性。六種多氯聯苯- ndl(138、153、180、28、52和101)和一種多氯聯苯- dl(118)被認為是指標多氯聯苯，占總多氯聯苯的80%。在突尼斯，多氯聯苯指標的使用為人類世地層的設置提供了有希望的前景。

圖5:2 d的情節PCB138(2, 2, 3, 4, 4’,5 -Hexachlorobiphenyl, 2, 2, 3, 4, 4’,5 ' pcb), PCB153(2,2 ', 4, 4’,5、5‘-Hexachlorobiphenyl, 2, 2’,4,4’,5、5 ' pcb)和PCB180(2, 2’,3,4,4’,5、5 Heptachlorobiphenyl, 2, 2, 3, 4, 4’,5、5 ' pcb)。

新礦物種類的出現

傳統上，礦物是由地質過程形成的天然化合物，沒有任何人為幹預。在技術發達之前，提出了礦物演化的10個階段[62]。盡管如此，人類誘發的活動直接或間接地導致了各種礦物類化合物的產生。在這樣做的過程中，當礦物物種數量經曆了與人類世全球人類影響相關的高潮事件(圖6)[62,63]時，就可以考慮第11階段。

圖6:第11礦物階段[62]的出現，修正[63]。

事實上，以某些化學元素按時間順序富集為標誌的新人類世地球化學的持續存在，導致了新一代人類世礦物的形成。這一人類世礦物學的地位與之有關senu sricto由於嚴重的學術限製，對礦物的定義一直存在爭議[63,64]。盡管如此，人們還是試圖列舉與人類世背景有關的新礦物種類。截至2017年，與人類世有關的礦物已編目208種[64]。在2017年至2020年初的一小段時間內，已批準的新礦物清單中可能會出現礦物種類數量的激增[65-72]。在這篇綜述中，我們隻對30種礦物進行了分類(表5和表6)，但可能包括其他礦物。這種新的礦物學通過微量元素、重金屬和磷酸鹽在組合礦物配方中的出現反映了地球化學的變化。

的名字 公式 國家 批準年度 參考
Avdeevite (Na, Cs)2李)基地2(如果6O18） 緬甸 2019 [73]
Bouškaite (牛叫聲2）2O(所以3.哦)2(H2O)4 捷克共和國 2019 [74]
Davidbrownite - (NH4) (NH4）5(V4 +O)2(C2O4)[阿寶2.75(哦)1．25］4h·32O 美國 2019 [75]
Kenngottite 錳2 +3.菲3 +4(PO4）4(哦)6(H2O2） 捷克共和國 2019 [76]
Llantenesite 銅6艾爾(搜索引擎優化4)(哦)12Cl·3 h2O 阿根廷 2019 [77]
Magnesiobermanite MgMn3 +2(PO4）2(哦)2h·42O 澳大利亞 2018 [78]
Nickeltyrrellite CuNi2Se4 玻利維亞 2018 [79]
Nickolayite FeMoP 約旦 2019 [80]
Nikmelnikovite Ca12菲2 +菲3 +3.艾爾2(SiO4）6(哦)20. 俄羅斯 2018 [81]
Ognitite NiBiTe 俄羅斯 2019 [82]
Orthocuproplatinum Pt3.銅 剛果(金) 2019 [83]
Perbøeite(洛杉磯) 愛定3.(AlAl2菲2 +(如果)2O7] [SiO4］3.O(哦)2 俄羅斯 2018 [84]
Pseudomarkeyite Ca8(UO2）4(有限公司3.）12h·212O 美國 2018 [85]
Reaphookhillite MgZn2(PO4）2h·42O 澳大利亞 2019 [86]
Šlikite 鋅2毫克(有限公司3.）2(哦)2h·42O 捷克共和國 2019 [87]
Stergiouite CaZn2(麻生太郎4）2h·42O 希臘 2019 [88]

表5:從IAM批準的2018-2019年新礦物列表中選擇的人類世礦物。

在這篇綜述中，我們隻介紹了8種礦物(圖7和圖8)2李)基地2(如果6O18)(圖7a)結晶成六邊形體係。對於單元格參數，值為a=9.2287, c=9.2610, Ratio a:c=1:1.003。單位單元體積是683.08 Å3.．大衛·布朗派(NH4）5(V4 +O)2(C2O4)[阿寶2.75(哦)1．254·3 h2O)(圖7b)在單斜體係中結晶。單元參數為a=10.356, b=8.923, c=13.486;β=92.618°比例:a:b:c=1.161: 1: 1.511;單元格V:1244.9 Å3.)．物理性質上，其顏色為淺綠藍色，條紋為白色。在莫氏標尺上，硬度為2。測得密度為2.12 g/cm3.．Kenngottite (Mn2 +3.菲3 +4(PO4) 4(哦)6(H2O)2)在單斜體係中結晶(圖7c)。單元參數為a=13.909, b=5.186, c=12.159;β=98.88°，比例:a:b:c=2.682: 1: 2.345單元電池V: 866.54 Å3.．其硬度在莫氏4 - 5之間，計算密度為3.40 g/cm3。Šlikite (Zn2毫克(有限公司3.）2(哦)2h·42O)(圖7d)(三斜，單元參數:a=6.335, b=6.340) c=13.923;α= 99.985°,β= 92.74°,γ= 114.93°比率:a: b: c = 0.999: 1: 2.196 V單胞:494.83.)．根據莫氏硬度，它的硬度為2。

圖7:(a)Avdeevite Palelni礦，緬甸撣邦Kyaukme區Momeik鄉Molo區khechel村
(b)Davidbrownite- (NH4) 125英尺高，羅利礦，Theba，彩繪岩礦區，彩繪岩山，Maricopa公司，美國亞利桑那州
(c)巴西Borborema礦省，Pedra Lavrada, Kenngottite Serra Branca偉晶岩，Paraíba
(d)捷克共和國卡羅維瓦裏區奧斯特羅夫礦Šlikite Vladimír(礦物照片來自https://www.mindat.org/min47930.html)。

圖8:(a)Fanfaniite Foote鋰礦有限公司，國王山礦區，克利夫蘭公司，美國北卡羅來納州
(b)Folvikite, Kitteln Mine, Nordmark Odal Field, Filipstad, Värmland，瑞典
(c)Jahnsite-(CaMnMg) Tip Top礦山，四英裏，卡斯特礦區，卡斯特公司，美國南達科他州
(d)意大利坎帕尼亞，那不勒斯，波祖利，Solfatara di Pozzuoli的俄羅斯礦“Bocca Grande”富馬孔(礦物照片來自https://www.mindat。org/ min - 47930. - html)。

IAM委員會核可的礦物種類數目目前正在修訂中。盡管如此，與人類世相關的新礦物學不僅是新礦物物種的出現，而且是對已有礦物豐富性的修正。此外，一些工業、農業和核活動的副產品，如PO4, UO2,博3.按表6中大多數礦物的公式將類別綜合起來。一些被分類為痕量(如Ti和Zr)或重金屬(如Fe和Mn)的化學元素嵌入在這些礦物的分子式中。這些新礦物與人為元素和官能團的富集表明了人類世地球化學與礦物學之間的緊密聯係。

的名字 公式 國家 批準年度 參考
Chirvinskyite (Na, Ca)13(鐵、錳)2(鈦、鋯)5(如果2O7）4(哦,O)12h·22O 俄羅斯 2016 [89]
Fanfaniite Ca4MnAl4(PO4）6(哦)4h·122O 美國 2018 [90]
Folvikite 某人5 +錳3 +(鎂、錳2 +）10O8(博3.）4 瑞典 2016 [91]
Greenlizardite (NH4) Na (UO2）2(所以4）2(哦)2h·42O 美國 2018 [92]
Horakite (Bi7O7[(UO哦)2）4(PO4）2(麻生太郎4）2(哦)2] .3.5H2O 捷克共和國 2017 [93]
Jahnsite集團 XM1M22M32(H2O)8(哦)2(PO4）4 在世界範圍內 2018 [94]
Kampelite 英航6毫克3.Sc8(PO4）12(哦)6h·72O 俄羅斯 2016 [95]
Kuliginite 菲3.毫克(哦)6Cl2 俄羅斯 2016 [96]
Mitrofanovite Pt3.Te4 俄羅斯 2018 [97]
Plumbopharmacosiderite Pb0．5菲3 +4(麻生太郎4）3.(哦)4h·52O 意大利 2016 [98]
Russoite (NH4)一堂課2O3.(H2O)0．5 意大利 2016 [99]
Siudaite Na8(Mn2 +2Na) Ca6(鐵3 +、錳2 +）3.Zr3.NbSi24Ti (Si) O74(哦)2Cl·5 h2O 俄羅斯 2018 [100]
Smamite Ca2某人(哦)4[H(麻生太郎4）2]·6小時2O 法國 2019 [101]
Bohuslavite 菲3 +4(PO4）3.(所以4)·nH(哦)2O (15 <= n <= 24) 意大利 2019 [102]

表6:最近由IAM批準的2019-2020年發表的人類世礦物。

Fanfaniite (Ca4MnAl4(PO4）6(哦)4h·122O)是一種磷酸鹽礦物，記錄於兩個地點:美國北卡羅來納州富特鋰輝石礦和德國巴伐利亞州Hagendorf-Süd偉晶岩。給出的例子來自美國(圖8a)。以徑向形式，測量密度為2.58gcm－3．單斜體係中存在一個C2/c空間基團，a=10.021 Å， b=24.137 Å， c=6.226 Å， β=91.54°，V=1505 Å3.．Folvikite(圖8b5 +錳3 +(鎂、錳2 +）10O8(博3.）4)為黑色至深紅褐色。莫氏硬度為6。它在單斜體係中結晶。計算密度為4.14 g/cm3.．Folvikite是一種氧硼酸鹽礦物，產自瑞典Värmland的Kitteln礦。它是一種嵌於方解石中的矽卡岩礦物。Jahnsite-(CaMnMg)(圖8c2M32(H2O)8(哦)2(PO4）4)是一個有趣的堅果棕色和條紋。這些是獨特的，漂亮的晶體，長4毫米，這是長Jahnsite-(CaMnMg)。硬度為4，結晶呈單斜體係。測得的密度在2.706 ~ 2.718 g/cm之間3.而計算得到的是2.715 g/cm3.．(圖8d) (NH4)一堂課2O3.(H2O)0.5)在意大利那不勒斯Pozzuoli的Solfatara di Pozzuoli被發現。它以直徑約300 μm、厚度15 μm的六邊形板形式出現，呈玫瑰花狀互生體。測得密度為2.89 g/cm3.．另一方麵，計算密度為2.911 g/cm3.．這種礦物屬於一種薄層亞砷礦礦物。

結論

要將人類世作為地質尺度的正式細分加以規範，就需要人類世開始日期的地球化學和礦物學標誌。從理論上講，所有無機和有機汙染物都可以作為人類活動的指標。盡管如此，它們應該滿足某些標準，以提供人類世的坦率信號。人類世標誌在地理上的廣泛分布在全球範圍內，應該記錄與人類世有關的突變強化，並具有永久性記錄。化學記錄。人類世地層是工農業汙染以及氣候和海洋變化的結果。使用這些替代物的一個主要障礙在於它們沉積在工業設施附近。另一個擔憂與它們的自然起源有關，因此代表了隱藏人類世信號的噪音。

由於農業和工業活動的影響，地球上主要營養元素C、N和P的全球生物地球化學循環在人類世發生了改變。鉛(Pb)、汞(Hg)和錫(Sn)分散在遠離工業源的大氣中，是三種生物地球化學循環表現人為汙染引起的全球尺度變化的金屬。

至於同位素特征，由於燃料消耗和化肥生產的增加，碳和氮同位素比值在19th和20th世紀。鉛和硫的同位素分別可以用來追蹤人類汙染和酸雨。所有這些代用物都可以作為人類世地層的同位素標誌。

在有機地球化學方麵，多環芳烴(PAHs)、有機氯農藥(OCs)、多氯聯苯(PCBs)、二惡英、多溴聯苯醚和氟化化合物可用於確定全新世-人類世的過渡。

相關的人為汙染、地球化學參數對確定人類世的開始具有重要的應用價值。汙染負荷指數、地質積累指數、富集因子(EF)和汙染因子(CF)是確定人類世背景水平和記錄元素富集的可能候選指標。

主成分分析、主成分分析和聚類技術CT是最近出現的最常用的強調汙染和追蹤其起源的技術，從而可以識別人類世地層。

對於突尼斯遺址內人類世的地球化學記錄，基於突尼斯南部斯法克斯海岸岩心的重金屬和一些地球化學和地球物理參數的PCA確定了全新世-人類世的界限。對突尼斯南部El Guetiate sebkha岩心紅外光譜數據的聚類分析顯示了人類世樣品的差異性。在Bizerte瀉湖已經記錄到的多氯聯苯(153、138和180)是突尼斯濕地人類世地層設置的有希望的前景。

人類紀以前所未有的無機化合物緊急事件為標誌。在本次綜述中，我們隻編目了國際礦物學協會2017 - 2020年批準的30種礦物。它們完全或部分是由人類活動造成的。新礦物學的設置也得到了加強通過新地球化學的設置或通過改變全球條件，控製新礦物的形成，增加現有礦物的形成。新的地球化學具有更豐富的重金屬和微量元素，因此在它們的分子式中沉澱了含有這些元素的礦物。另一方麵，全球生物地球化學循環的改造促進了部分礦物的沉澱和部分礦物的溶解。


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文章類型:評論文章

引用:Essefi E(2020)關於人類世的地球化學和礦物學。國際J水廢水處理6(2):dx.doi.org/10.16966/2381-5299.168

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出版的曆史:

  • 收到日期:06年4月,2020

  • 接受日期:2020年5月27日,

  • 發表日期:03 2020年6月,