Periodical mixing of MORB magmas near East Pacific Rise 13N: evidence from modeling and zoned plagioclase phenocrysts

Thirty-six basalt samples from near East Pacific Rise 13N are analyzed for major and trace elements. Different types of zoned plagioclase phenocrysts in basalts are also backscatter imaged, and major element profiles scanned and analyzed for microprobe. Basalts dredged from a restricted area have evolved to different extents (MgO=9.38wt%-6.76wt%). High MgO basalts are modeled for crystallization to MgO of about 7wt%, and resulted in the Ni contents (28 ppm) that are generally lower than that in observed basalts (> 60 ppm). It suggests that low MgO basalts may have experienced more intensive magma mixing. High MgO (9.38wt%) basalt is modeled for self-"mixing-crystallization", and the high Ni contents in low MgO basalts can be generated in small scale and periodical self-mixing of new magma (high MgO). "Mixing-crystallization" processes that low MgO magmas experienced accord with recent 226Ra/230Th disequilibria studies for magma residence time, in which low MgO magmas have experienced more circles of "mixing-crystallization" in relatively longer residence time. Magma mixing is not homogeneous in magma chamber, however, low MgO magmas are closer to stable composition produced by periodical "mixing-crystallization", which is also an important reason for magma diversity in East Pacific Rise. Zoned plagioclase phenocrysts can be divided into two types: with and without high An# cores, both of which have multiple reversed An# zones, suggesting periodical mixing of their host magmas. Cores of zoned plagioclase in low MgO (7.45wt%) basalt differ significantly with their mantle in An#, but are similar in An# with microlite cores (products of equilibrium crystallization) in high MgO (9.38wt%) basalt, which further shows that plagioclase phenocryst cores in low MgO basalts may have formed in their parental magmas before entering into the magma chamber.

东太平洋海隆13°N和大西洋Logatchev热液区附近热液柱的研究

海底热液柱的研究为我们认识海底热液活动提供了一个放大镜，为测定控制各种热液种类最终散布的化学反应提供了天然实验室，是我们认识海底热液活动环境效应、寻找海底热液多金属硫化物资源、定位新的热液喷口区、表征和定量海底热液活动释放的有利工具。本文在海底对热液柱研究概况了解的基础上总结了海底热液柱的类型、运动特征、影响其扩展的因素及其地球化学特征；在对2003年11月DY105-12、14航次第六航段和2005年10月DY105-17A航次大西洋航段，在EPR12°39′N～12°54′N区域和MAR Logatchev热液区（MAR 14°45＇N）获得的CTD数据分析的基础上，讨论了在东太平洋海隆和大西洋Logatchev热液区出现的温度异常；在对EPR12°39′N～12°54′N区域内所采水样地球化学数据分析的基础上，探讨了EPR12°39′N～12°54′N上方海底热液柱的地球化学特征及其影响因素，发现该调查区内Mg亏损可能由热液流体和海水混合达到平衡后上浮的一种贫Mg液体引起，Ca亏损是一种或几种因素共同作用的结果，其中最主要的原因可能是富二氧化碳流体夹带周围海水上升过程中形成碳酸钙颗粒，从而引起Ca的减小，Cl、Br富集可能是热液活动引起相分离后后期卤水注入海水的结果。

东太平洋海隆13°N附近沉积物元素地球化学研究

对东太平洋海隆（EPR）13°N西侧2个沉积物岩芯进行了碳酸盐、常量和微量元素含量测定。E271站位沉积物中Fe含量在8.5~13.8%之间，Mn含量在1.7~3.17%之间；E272站位Fe 5.7~13%，Mn 0.12~3.31%，沉积物中高铁锰含量显示在热液柱颗粒物质在EPR13°N西翼沉降明显。E271站位CaCO3含量在5.9~27.6%之间，E272站位CaCO3含量在6.7~38.2%之间，在两个站位沉积物柱样中发现少量有孔虫化石。Cu、Pb和Zn因为热液柱颗粒物质沉降，在沉积物中富集。Cu/Fe，Pb/Fe和Zn/Fe比值比热液喷口处颗粒物中低，Pb表现出在海水中运移距离较短或者是只有少量Pb随热液柱扩散运移。热液柱沉降作用使Li，Mo和Ni在沉积物中富集。此外，铁锰氧化物颗粒在海水中吸附-共沉淀作用导致V在沉积物中富集。沉积物中Ti和Al有非常好的相关性，其Ti/Al比值为0.05左右。U在岩芯中含量与深海沉积相似。

胶州湾和东太平洋海隆(~13°N)沉积物微生物多样性研究

海洋是一个巨大的生态系统，多样的微生物是构成海洋生态系统的基本元素。海洋微生物的群落结构及演变深刻的反映着海洋生态系统的变迁。本文采用分子生物学技术，研究了近海沉积物生态系统——胶州湾沉积物中细菌的多样性、群落结构的时空演替规律以及远洋深海沉积物生态系统——东太平洋海隆北纬13o附近深海沉积物中细菌和古细菌群落结构沿沉积物断层的分布情况，结果表明在两处沉积物中，微生物群落的结构都与环境因子有显著的相关性，是反映海洋沉积物环境特征的重要（分子）标志物，并且可能在这些环境中参与生物地球化学循环等重要过程。 1.从胶州湾不同区域的8个代表性站点采集4个季度的沉积物样品。提取总基因组DNA，利用16S rDNA作为分子标记，采用克隆文库对胶州湾沉积物中细菌群落的组成、空间分布和季节演替规律进行了研究。结果显示沉积物中的细菌具有高度多样性，来自于13个细菌门，同时还有28%的未鉴定克隆，表明胶州湾沉积物中蕴藏着巨大的微生物资源。其中已鉴定的优势种群是α-、β-、γ-、δ-变形细菌、绿弯菌、厚壁菌、蓝细菌和放线菌。同时还包括酸杆菌、拟杆菌、浮霉菌、疣微菌、芽单胞菌、绿菌、梭杆菌、异常球菌-栖热菌等类群的存在。将各克隆库的组成与温度、总碳、总氮等环境因子结合分析，结果显示细菌群落结构更替的主要驱动力是季节变化所带来的温度等环境因子的演变。对数据库中与本研究所获得序列具有最近亲缘关系序列的来源环境进行分析表明，胶州湾中细菌群落受航运活动、水产养殖、重金属污染等人类活动的明显影响，同时这些活动表现出显著的空间特异性，比如C4和D6等站点明显受到航运活动的影响，而A3和Y1等站点则容易受到沿岸径流所带来的淡水和油污染的影响。 2.分别利用PCR-DGGE和克隆文库技术对东太平洋海隆北纬13o附近深海柱状沉积物样品中细菌和古菌群体进行研究，结果显示这些微生物群落沿四个分别代表不同沉积年代断层明显的成层分布，与环境因子结合分析表明这种成层分布与氧化还原性质等地球化学特征的成层分布相吻合，提示我们该生态系统中的微生物受到环境因子的巨大作用，同时也表明这些微生物可能参与该生态系统中硫、金属元素代谢等过程。通过系统发育分析，四个断层中的微生物群落中呈现出很多与热液活动相关的个体（其中34.7%的细菌序列和31%的古菌序列与来源于各种热液环境的序列具有最近的亲缘关系）。但总体群落结构分析表明该区域可能属于热液活动影响区域的边缘，处于从热液活动环境到普通的低温沉积物环境的过渡区域。 3.将在胶州湾和东太平洋海隆北纬13o附近海洋沉积物生态系统中都存在的优势细菌类群（α-、β-、γ-、δ-变形细菌和放线菌、绿弯菌、厚壁菌、酸杆菌、浮霉菌）进行系统发育分析和背景比较分析，结果显示两处沉积物中的细菌优势种群虽然在大类群上很多是相同的，但是可能由于两处沉积物中不同物理化学等环境因子的选择作用（如胶州湾的近海特征和人为活动，东太平洋深海特点和热液活动），而导致优势种群在系统发育关系上距离比较远。这表明独特的微生物群落结构，特别是优势种群的群落结构信息是描述特定环境生态系统的重要方面。本研究表明在全球环境变迁中,自然环境因子和人类活动都在深刻改变着微生物群落的结构和功能。本文阐述了在环境变迁特定时期两处沉积物生态系统中的微生物群落结构及时空差异，为研究大范围生态系统的演变提供了依据，同时也为在两处沉积物环境中进行微生物参与的生物地球化学研究奠定了基础。

东太平洋海隆13°N附近含金属沉积物中的有机碳氮研究

本文根据热液活动对海底沉积环境影响的程度，将海底沉积环境划分为三个部分：热液直接作用区（硫化物分布区），热液间接作用区（含金属沉积物区），正常沉积区。东太平洋海隆13°N附近所取得的三个沉积物柱状样(E271、E272、E53)属于含金属沉积物区，以它们为研究对象（E271和E272是重点研究对象），进行了粒度、粘土矿物、有机碳氮和无机碳分析，并结合已有的测年数据和金属元素含量数据，对含金属沉积物中的有机碳氮进行了系统的讨论。 沉积物无机组分的物源分析表明，沉积物中富含铁锰的组分主要是非晶质或结晶程度较差的铁锰氧化物和氢氧化物。来自于火山灰蚀变的富铁蒙脱石也有一定的贡献，但是含量太少。铁锰氧化物或氧氧化物倾向于集中在细粒的物质中。铁锰含量自下而上的递增趋势反映了热液活动程度增强的趋势。 三个站位沉积物中有机碳的含量都很高，E271、E272 有机碳含量在0.9%-1.5%之间，而E53含量则相对更高，最高可达4.6%。E271、E272自下而上有递增的趋势，它与铁锰的含量有一定的相关性，可能有机质与铁锰之间存在某种联系。有机碳的沉积通量很低，E271上层为4.06mg/ka•cm2 ，下层仅为0.84mg/ ka•cm2。因此沉积物中高有机碳含量显示的高生产力是一种假像，并不能代表古海水表层生产力很高。 C/N值在三个站位的变化情况各有不同。按照常规的把有机质来源分为海洋表层生物与陆源有机碳来源，那么E271和E53站位总体上水生有机碳在总有机碳中居主要成分。E272上层是海洋生物来源占优，下层是陆源生物占优。但是根据热液plume存在细菌和TEP的特性，应该考虑沉积物中有机质是表层生物源和热液影响的生物源。经过假设计算，认为热液影响的生物有机碳源受到热液柱扩散形态的影响，且与热液活动的稳定性有关。因此两相比较，认为该研究区，有机质来源应该选择表生有机碳与受热液影响生物有机碳为两个端元组分。受热液生物影响的程度为E272>E271>E53。 在E272站位沉积物中发现的一些细菌种类与热液喷口区的嗜热细菌相似程度很高，它们可能是随着Plume飘移而迁移，并沉降到沉积物中。它们的存在对有机碳的含量和组成将会产生影响。这是一个热液生物影响沉积物有机碳的直观的证据。 通过Fe、Mn、Al 含量随深度变化的趋势，推断出碳酸钙自下而上减小不是因为热液组份的加入对其含量稀释而成的，应该是沉积环境的改变，导致其溶解度增加所致。 在研究过程中，还对沉积物中有机碳的测定方法进行了探讨，鉴于不同方法之间带来的有机碳数据上的误差，建议建立一种标准的测试方法，便于有机碳数据的比较。计算沉积速率和沉积通量时，对E271用含水量进行了去压实校正。根据计算，当含水量变化很大时，去压实作用是有必要的。

东太平洋海隆13°N附近热液硫化物形成过程

东太平洋海隆13°N附近热液区构造环境上属于快速扩张中心，该区段洋中脊拉张速率达到了12cm/yr，轴部地堑平均水深2630m。本文即是对该研究区（103°54.41´W, 12°42.68´N）获得的热液烟囱体硫化物样品展开了研究。借助偏光显微镜观察了硫化物显微结构特征，并分析了硫化物中的矿物组合。东太平洋海隆13°N附近热液硫化物中常见矿物为Fe硫化物和Zn硫化物，并经历了由早期Fe硫化物为主转变为晚期成熟化以Zn硫化物为主的过程；根据观察到的显微结构，东太平洋海隆13ºN附近热液硫化物的形成至少可划分出四个阶段即黄铁矿阶段、黄铜矿阶段、黄铁矿-闪锌矿和闪锌矿阶段。 建立了热液硫化物样品中常、微量元素的测试方法，测定了东太平洋海隆13°N附近常、微量元素组成，并与有沉积物覆盖的北胡安德富卡脊Middle Valley烟囱体硫化物和弧后环境的北斐济盆地富Zn型烟囱体硫化物进行了对比。以Cu、Pb、Zn相对含量百分比划分，东太平洋海隆13ºN附近热液硫化物属富Zn型。 阐述了东太平洋海隆13ºN附近热液硫化物微量元素组成空间变化特征及元素比值在样品中的演化，并分析了常微量元素之间及元素/Cu值与1/Cu之间的相关性。Cd、Ga、In主要以类质同像的形式存在于Zn硫化物中，Co的主要寄主矿物是Zn硫化物。在东太平洋海隆13°N附近热液硫化物的形成过程中，常量元素Cu、微量元素Mo趋向于在高温(T>300℃)条件下自流体相沉淀。对东太平洋海隆13°N附近热液硫化物而言，硫化物样品中Cu含量、Cu/Pb及Mo/Pb值可以为形成硫化物的流体的温度变化提供指示性佐证；对应于形成硫化物的流体温度由高温至低温的演化，流体化学组成也相应地发生了演化，其中Sr、Ba、Au等微量元素按指数函数规律富集。对获取的硫化物样品进行了R型因子分析，旋转后获得的因子可以区分出形成硫化物的流体的温度和化学组成这两个因素的影响。 在热力学计算的基础上绘制了东太平洋海隆13°N附近热液Fe-S-H2O系统布拜图，据此阐明了实际情况下东太平洋海隆13°N附近热液流体由高温至低温的过程中，硫化物中优势矿物黄铁矿的稳定场的演化。在此基础上结合已有的动力学实验和硫同位素分馏的研究成果，揭示了沉淀硫化物的热液活动过程中形成优势矿物黄铁矿的可能的主要化学反应历程和形成硫化物的流体的温度变化对黄铁矿形成的热力学机制的影响。

东太平洋海隆13°N附近沉积物中的热液活动记录

本文以东太平洋海隆13ºN附近E53沉积物岩芯为研究对象，进行了矿物学、全岩化学分析及连续提取分析，探讨了沉积物中的热液活动记录及元素存在形式，并结合已有的测年数据，对研究区域的热液活动过程进行了初步讨论。 E53岩芯分为三层，上层为红褐色沉积层，中层为棕黄色沉积层，下层为灰绿色沉积层。沉积物岩芯的X射线衍射结果显示，E53岩芯上层非晶质的铁锰氧化物含量较高，中下段方解石含量较高。根据元素在岩芯全岩及各相态间的存在状况，将常量及微量元素分组讨论。Fe、Mn元素以铁锰氧化物相为最重要的赋存相，且与全岩样品一致，呈现随深度下降趋势。Al、Ti、Ba主要存在于残留相中；K、Na、Mg主要赋存相为碳酸盐相；Ca、Sr同样主要存在于碳酸盐相中。微量元素Mo、Co、V、Cu、Zn、Ni、Y和Pb元素主要存在于铁锰氧化物相，且含量均随深度增加而下降。Th、Sc、Li和Zr的主要存在于残留相中；Cd、U主要存在于碳酸盐相中。稀土元素存在形式有以下三个特点：1、主要存在于铁锰氧化物相中，并且呈现出随深度增加含量下降的趋势；2、次要存在形式为碳酸盐相，随深度增加含量上升并一度超过残留相中的含量；3、在有机结合相和残留相中含量很低，且变化幅度不大。 根据本文讨论结果，结合前人年代数据，认为E53岩芯中记录的为程度逐步加强且在近期保持稳定的热液活动。

Optimização e Validação da Produção de [13n]-Nh3 para Estudos Clínicos de Tomografia por Emissão de Positrões na Avaliação da Perfusão Miocárdica

A par das patologias oncológicas, as doenças do foro cardíaco, em particular a doença arterial coronária, são uma das principais causas de morte nos países industrializados, devido sobretudo, à grande incidência de enfartes do miocárdio. Uma das formas de diagnóstico e avaliação desta condição passa pela obtenção de imagens de perfusão miocárdica com radionuclídeos, realizada por Tomografia por Emissão de Positrões (PET). As soluções injectáveis de [15O]-H2O, [82Rb] e [13N]-NH3 são as mais utilizadas neste tipo de exame clínico. No Instituto de Ciências Nucleares Aplicadas à Saúde (ICNAS), a existência de um ciclotrão tem permitido a produção de uma variedade de radiofármacos, com aplicações em neurologia, oncologia e cardiologia. Recentemente, surgiu a oportunidade de iniciar exames clínicos com [13N]-NH3 para avaliação da perfusão miocárdica. É neste âmbito que surge a oportunidade do presente trabalho, pois antes da sua utilização clínica é necessário realizar a optimização da produção e a validação de todo o processo segundo as normas de Boas Práticas Radiofarmacêuticas. Após uma fase de optimização do processo, procedeu-se à avaliação dos parâmetros físico-químicos e biológicos da preparação de [13N]-NH3, de acordo com as indicações da Farmacopeia Europeia (Ph. Eur.) 8.2. De acordo com as normas farmacêuticas, foram realizados 3 lotes de produção consecutivos para validação da produção de [13N]-NH3. Os resultados mostraram um produto final límpido e ausente de cor, com valores de pH dentro do limite especificado, isto é, entre 4,5 e 8,5. A pureza química das amostras foi verificada, uma vez que relativamente ao teste colorimétrico, a tonalidade da cor da solução de [13N]-NH3 não era mais intensa que a solução de referência. As preparações foram identificadas como sendo [13N]-NH3, através dos resultados obtidos por cromatografia iónica, espectrometria de radiação gama e tempo de semi-vida. Por examinação do cromatograma obtido com a solução a ser testada, observou-se que o pico principal possuia um tempo de retenção aproximadamente igual ao pico do cromatograma obtido para a solução de referência. Além disso, o espectro de radiação gama mostrou um pico de energia 0,511 MeV e um outro adicional de 1,022 MeV para os fotões gama, característico de radionuclídeos emissores de positrões. O tempo de semi-vida manteve-se dentro do intervalo indicado, entre 9 e 11 minutos. Verificou-se, igualmente, a pureza radioquímica das amostras, correspondendo um mínimo de 99% da radioactividade total ao [13N], bem como a pureza radionuclídica, observando-se uma percentagem de impurezas inferiores a 1%, 2h após o fim da síntese. Os testes realizados para verificação da esterilidade e determinação da presença de endotoxinas bacterianas nas preparações de [13N]-NH3 apresentaram-se negativos.Os resultados obtidos contribuem, assim, para a validação do método para a produção de [13N]-NH3, uma vez que cumprem os requisitos especificados nas normas europeias, indicando a obtenção de um produto seguro e com a qualidade necessária para ser administrado em pacientes para avaliação da perfusão cardíaca por PET.