近年来，随着多接收质谱仪分析精度的不断提高，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)。环境中Cr(III)和Cr(VI)的转化过程会伴随着Cr同位素分馏，因此Cr同位素(δ53Cr)可用于示踪地表环境中Cr的循环过程。基于Cr的特性，我们主要开展了两方面的工作，一是利用Cr同位素示踪Cr污染的物质来源；二是利用Cr同位素制约地质历史时期大气和海洋的氧化还原状态。

Cr(VI)是一种常见的重金属污染物，水体中的Cr污染主要来源于采矿、皮革制造、电镀等行业。水污染严重地区的居民，经常接触或过量摄入Cr(VI)，会刺激皮肤和呼吸道，引起皮炎、鼻炎和支气管炎等疾病，还可能诱发鼻咽癌和肺癌。相对于Cr(VI)来说，Cr(III)毒性较低，且难溶于水。所以Cr污染治理的主要方法是将Cr(VI)还原为Cr(III)。常用的监测Cr(VI)还原的方法是长期测定不同地点的Cr(VI)浓度。但是，这种方法不能判断Cr(VI)浓度的减少是由于还原作用，还是稀释、对流或吸附等作用引起的。Cr同位素可以帮助专一地评估Cr(VI)的还原程度，受其他因素影响很小。我们以山东莱州湾入海河流中污染严重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。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（图1）。河流沉积物的Cr同位素组成可以帮助我们识别河流中的Cr来源。同时，根据瑞利分馏模型，我们可以得出河水中的Cr(VI)至少有31%到55%已经被还原成Cr(III)。相关工作已发表在环境类期刊《Environmental Pollution》上。

另外，由于氧化还原反应是导致Cr同位素分馏的主要因素，我们也可以利用Cr同位素示踪地质历史关键时期的大气和海洋氧化还原状态变化。埃迪卡拉纪(635 Ma ~ 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，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（图2）。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。相关工作已发表在Nature Index期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上。

综上所述，铬同位素可以有效判别河流底泥中Cr的物质来源，为现代环境管理提供重要科学依据；同时，也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，进而探究地质历史中的生命-环境协同演化过程。