随着多接收质谱仪分析技术的不断发展,铬（Cr）稳定同位素体系开始得到广泛应用。在地表环境中,Cr主要以六价铬[Cr（Ⅵ）]和三价铬[Cr（Ⅲ）]的形式存在。岩石矿物中的Cr（Ⅲ）可以被锰氧化物氧化成可溶性的Cr（Ⅵ）,而Cr（Ⅵ）也易被有机质和二价铁还原成难溶的Cr（Ⅲ）,且Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的转化过程中会伴随着同位素分馏,因此Cr同位素（δ53Cr）可用于示踪地表环境过程中Cr的循环过程。在本文中,我们围绕着Cr同位素在各种表生过程中的分馏机制及应用,开展了以下三个方面的工作。首先,厘清风化过程土壤中Cr在不同组分的转化机制以及伴随的Cr同位素分馏对于理解地表Cr循环具有重要意义。红壤是我国一种重要的土壤类型,其中,红壤性水稻土是一种典型的氧化还原状态周期性快速交替的耕作土壤。在强烈的自然作用和人为干预下,红壤性水稻土的物质循环过程相对复杂。我们测量了江西孙家小流域的两套耕作时间不同的红壤性水稻土剖面和两套钻孔样品的Cr同位素组成。其中,新水田剖面的耕作时间约为20年,δ53Cr值的变化范围为-0.34‰～-0.22‰;而老水田剖面的耕作时间约为100年,δ53Cr值的变化范围为-0.20‰～-0.06‰。整体上,老水田比新水田的δ53Cr值偏正,这可能是由于长期周期性的淹水-放水过程中,地表水中富集重同位素的Cr（Ⅵ）被还原沉淀,改变了整个剖面土壤的Cr同位素组成。为更深入地了解红壤性水稻土中的Cr循环过程,我们通过淋滤实验将土壤中的Cr分成酸可提取态、铁锰氧化物结合态、有机质结合态和残渣态。淋滤组分的Cr同位素结果表明,土壤中的铁氧化物结合的Cr具有较重的Cr同位素特征;有机质吸附结合或还原了同位素偏轻的Cr,使得土壤溶液中剩余Cr（Ⅵ）的同位素偏重。该研究也是对氧化风化过程中Cr同位素分馏机制解释的重要补充,即Cr（Ⅲ）的氧化过程产生的分馏相对较小,风化残留物Cr同位素组成偏轻的主要原因可能在于产生的Cr（Ⅵ）的再还原过程。此外,两套土壤钻孔样品的结果与上述剖面结果基本相同。风化产物最终会进入河流中,并传输到海洋。因此,河流是联系陆地和海洋的重要媒介。为了进一步了解Cr在地表循环过程中的同位素分馏机制,我们选取了山东的小清河为研究对象,系统测定了从上游到河口底泥沉积物的Cr同位素组成。此外,小清河是莱州湾入海河流中污染最严重的河流之一,河流底泥的Cr同位素组成可能指示不同来源的Cr的贡献。由于碎屑中大量的Cr可能会掩盖自生Cr同位素的信号,我们通过Cr/Ti校正与淋滤实验得到了自生Cr同位素,两者结果基本一致。在小清河上游区域,底泥δ53Cr值偏正,可能指示来自工业生产Cr的输入;而中游区域底泥具有稍偏正的δ53Cr值,可能指示来自自然环境氧化风化的贡献;下游、河口以及莱州湾底泥的δ53Cr值均落在火成岩储库的范围内,指示该区域Cr的主要来源为碎屑物质。最后,我们在探究了现代地表环境过程中Cr循环和Cr同位素分馏机制的基础上,探讨了 Cr同位素在指示古环境氧化还原状态变化方面的潜力。埃迪卡拉纪（635Ma～541 Ma）是地质历史时期中的重要阶段,在此期间,宏体多细胞动物首次出现,而动物的生存需要环境中氧气含量达到一定的程度。但是,目前对于埃迪卡拉纪海洋氧化还原状态的演化历程仍存在争议。我们利用Cr同位素这一新兴的古环境氧化还原指标,分别测定了华南埃迪卡拉纪浅水相和深水相两套地质记录中的Cr同位素组成。结果表明,浅水相王集钻孔中的页岩具有较重的Cr同位素组成,δ53Cr值最高达1.11‰;而深水相蓝田剖面页岩的δ53Cr值则基本在火成岩储库的范围内。这说明埃迪卡拉纪海洋的氧化还原状态存在高度的空间不均一性,即浅水区域为氧化状态,而深水区域仍处于广泛厌氧状态。陆源风化带来的富53Cr的可溶性Cr（Ⅵ）未能传输至斜坡/海盆地区就已经被完全还原沉降。除此以外,王集钻孔陡山沱组上部的碳酸盐岩δ53Cr的高值与碳同位素的正漂移相对应,可能指示了当时海洋初级生产力的大幅度提高。综上所述,铬同位素可以有效示踪土壤中Cr元素的循环过程,揭示氧化风化过程中的Cr同位素分馏机制;判别河流底泥中Cr的物质来源,为现代环境管理提供重要科学依据;可以应用在地质历史时期的沉积记录中,指示古大气-海洋系统的氧化还原变化。