1 环境与生命矿物学的科学内涵 1
1.1 环境与生命矿物学是地球系统科学的重要组成部分 1
1.1.1 系统化是21世纪地球科学的发展方向 1
1.1.2 环境与生命矿物学研究方向的提出 2
1.1.3 环境与生命矿物学的主要研究内容 3
1.1.4 环境与生命矿物学的核心是生命科学与地球科学的融合 4
1.2 生命矿物对环境变化的特殊敏感性 5
1.2.1 地域变迁 5
1.2.2 气候变化 6
1.2.3 重金属污染 6
1.2.4 有机污染 7
1.3 生命矿物响应环境变化的研究方法 8
1.3.1 生命体和生命矿物的选择原则 8
1.3.2 响应地域变迁的研究方法 10
1.3.3 响应气候变化的研究方法 11
1.3.4 响应生态系统污染的研究方法 12
1.4 水生动物矿化及其环境响应机制研究的重要意义 12
1.5 小结 14
参考文献 14
2生物矿化与生命矿物 17
2.1 生物矿化及其研究简史 17
2.2 生物矿化的基本原理 18
2.2.1 有机基质诱导成核 19
2.2.2 生物矿化所处环境的影响 19
2.3 生物矿化的基本过程 20
2.3.1 晶体的成核和生长 21
2.3.2 有机基质的调控作用 21
2.4 有机基质对生物矿化的调控机理 22
2.4.1 可溶有机基质的调控作用 24
2.4.2 不可溶有机基质的调控作用 25
2.5 生命矿物体的分级结构 25
2.5.1 贝壳珍珠层 26
2.5.2 斑马鱼脊椎骨 27
2.5.3 牙釉质 27
2.5.4 鱼耳石 29
2.5.5 鱼鳞 31
2.5.6 海绵骨针 32
2.6 水生动物矿化产物及其矿物 33
2.6.1 贝壳—方解石和文石 33
2.6.2 珍珠—文石和球霰石 38
2.6.3 鱼耳石—文石及球霰石 39
2.6.4 鱼鳞—羟基磷灰石 41
2.6.5 海绵骨针—生物硅 42
2.7 主要的生命矿物种类 43
2.8 小结 46
参考文献 46
3水生动物矿化的晶体学与矿物学 50
3.1 鲤鱼耳石 50
3.1.1 鲤鱼耳石微观结构及生长机理 50
3.1.2 鲤鱼耳石中CaCO3晶体学特征 52
3.1.3 鲤鱼耳石中CaCO3矿物学特征 52
3.2 珍珠 63
3.2.1 珍珠与珍珠层 63
3.2.2 珍珠层的生长机制 65
3.2.3 珍珠的微观结构 71
3.3 海绵骨针 77
3.3.1 海绵骨针的成分与结构 78
3.3.2 海绵骨针中的硅蛋白 80
3.3.3 海绵骨针的生长过程与机制 81
3.4 小结 84
参考文献 85
4体外模拟有机基质对矿物晶体的调控 90
4.1 鲤鱼耳石中可溶有机基质对碳酸钙矿化的体外调控 90
4.1.1 可溶基质的影响 91
4.1.2 水可溶基质浓度的影响 92
4.1.3 水可溶基质和环境温度的协同作用 94
4.1.4 水可溶基质和溶液pH值的协同作用 94
4.1.5 水可溶基质和镁离子浓度的协同作用 94
4.2 珍珠中有机基质对体外碳酸钙矿化的调控 98
4.2.1 生物大分子的调控 98
4.2.2 珍珠层和氨基酸层作为基底对体外矿化的调控 100
4.3 小结 103
参考文献 104
5鱼耳石矿物化学与水化学的响应关系 106
5.1 研究现状 106
5.1.1 元素进入耳石的途径、环带结构及影响因素 107
5.1.2 鱼耳石生命矿物化学分析测试技术 108
5.1.3 鱼类生态学领域的应用研究 110
5.1.4 调控养殖实验 113
5.1.5 古生物学与古环境领域的耳石应用研究 116
5.2 北京周边鲤鱼耳石矿物化学对水化学的响应 117
5.2.1 微量元素 118
5.2.2 鲤鱼生活史与水化学事件 128
5.2.3 鲤鱼耳石矿物化学与水化学响应模型 130
5.3 黑龙江地区鲤鱼耳石矿物化学与水化学的响应 132
5.3.1 水体概况 133
5.3.2 元素相关性 133
5.4 太湖小溪港鲤鱼耳石矿物化学对水体富营养化的响应 135
5.4.1 重金属元素 136
5.4.2 营养元素 137
5.5 小结 139
参考文献 142
6鱼耳石矿物响应水环境的代用指标 147
6.1 研究意义 147
6.2 热释光 147
6.2.1 热释光曲线峰特征及解释 148
6.2.2 热释光参数标型特征及环境指示意义 150
6.3 晶胞参数 151
6.3.1 矿物晶相及晶胞参数特征分析 152
6.3.2 晶胞参数特征及环境指示意义 156
6.4 Micro-CT参数 163
6.4.1 Micro-CT参数特征及其解释 164
6.4.2 Micro-CT参数标型特征及环境指示意义 165
6.5 小结 167
参考文献 168
7有孔虫化石中的矿物与古海洋环境 171
7.1 研究现状 171
7.1.1 有孔虫矿物与地层定年 171
7.1.2 重建古海洋温度 172
7.1.3 重建表层生产力 173
7.1.4 重建表层海水pH 174
7.1.5 海洋动力及溶解力的有孔虫矿物指标 174
7.2 单颗有孔虫Sr同位素高精度测定及定年 174
7.2.1 样品准备 175
7.2.2 化学处理及测试 176
7.2.3 结果和讨论 176
7.3 重建西太平洋古海表温度 178
7.3.1 样品准备 179
7.3.2 LA-ICP-MS测试 180
7.3.3 结果与讨论 180
7.4 小结 181
参考文献 182
8双壳类贝壳矿物对环境的响应 186
8.1 双壳类贝壳的研究现状 186
8.1.1 环境意义 186
8.1.2 碳氧同位素 187
8.2 研究方法与样品制备 188
8.2.1 硬质骨骼年代学 188
8.2.2 样品准备 189
8.3 中国南海环境概况及Paphia undulata贝壳的研究意义 191
8.3.1 研究意义及研究内容 191
8.3.2 贝壳样品采集与器测环境数据 192
8.4 Paphia undulata贝壳的生长模式及其同位素结果 194
8.4.1 Paphia undulata贝壳的矿物成分 194
8.4.2 贝壳生长模式 195
8.4.3 稳定碳氧同位素 195
8.4.4 由δ18O贝壳计算的水体温度及重建的贝壳生长率 196
8.5 Paphia undulata生长历史追踪及其贝壳的环境意义 198
8.5.1 生长历史追踪 198
8.5.2 环境因素与贝壳生长的关系 198
8.5.3 贝壳反演季风相对强度 200
8.5.4 全新世古季风气候 200
8.6 小结 205
参考文献 205
9生命矿物响应环境变化研究的主要进展 210
9.1 突出进展 210
9.2 创新点 214
基于本研究发表的学术论文 216