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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pH174

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