最新研究进展——地学与天文学专辑

最新研究进展
——地学与天文学专辑

中国东北哈尼泥炭层序的脂类生物标记沉积物中冰川期后气候变化记录

周卫健 院士 中国科学院地球环境研究所

中国东北哈尼泥炭层序是由过去16cal kyr雨水和地表水渗透过泥炭带累积而成。从哈尼泥炭层序中提取链烷烃、链烷醇、链烷酸等分子沉积物，分析发现与气候渐近演化和造泥炭植物特征变化的不同关联。来自于陆生维管植物蜡质包被长链化合物的链烷烃分散整个哈尼泥炭层序中。链烷醇中以长链为主表明它们来自于陆生植物。相反，链烷酸以次级化合物为主，表明在沉积前泥炭层序中微生物活性的重要作用。链烷烃P-aq值和C23/C29比例是喜水植物的主要标志，这两个值的提高表明在Bolling-Allerod期（14.5-12.9ka）、Younger Dryas期（12.9-11.5ka）和Pre-Boreal期（11.5-10.5ka）该地区气候非常湿润。急剧下降的P-aq值、C23/C29比例和较长的链烷烃平均链长值表明Holocene Climatic Optimum（10.5-6ka）是一段气候较温暖且有效降雨少的时期，这与东亚大部分地区较湿润气候的证据相反。

——摘自《EARTH AND PLANETARY SCIENCE LETTERS》

巨大杆状趋磁细菌的弹状磁性小体的生物矿化、结晶及磁的特性

潘永信 研究员 中国科学院地质与地球物理研究所

趋磁细菌的磁小体研究对于了解与污泥磁化及环境磁化有关的细菌矿化具有重要意义。Magnetobacterium bavaricum是人们最感兴趣的一种趋磁细菌，每个细胞能合成上百个弹状磁性磁小体，对污泥磁化具有重要的贡献。然而，人们对这种磁小体的生物矿化机制和磁特性仍然缺乏了解。我们对最近发现于北京密云水库的不可培养巨大杆状趋磁细菌（MYR-1） 形成的弹状磁小体的结晶学和磁学特性进行全面研究。投射电镜观察发现每个MYR-1细胞都包含几百个弹状磁性磁小体，编织成3-5束。弹状磁性小体的形成可以分成两个阶段：起始等向生长和沿某方向伸长生长。由于每束磁小体链可以有效地作为一个细长的单结构颗粒，MYR-1细胞表现出高矫顽磁性、弱内束磁性相互作用和高delta比。这些结果为弹状磁性磁小体的矿化进程和磁特性提供了新的认识。

——摘自《EARTH AND PLANETARY SCIENCE LETTERS》

西藏东部逃逸流与四川盆地之间碰撞的地震信号

张忠杰 研究员 中国科学院地质与地球物理研究所

GPS位移矢量显示西藏东部地幔正受到印度板块向北移动的挤压向东流动，受到四川盆地阻挡向印度-中国方向移动。龙门山就是由西藏高原东部物质逃逸流与刚性扬子板块（四川盆地）强烈相互作用而形成的，但该相互作用的运动学和动力学依然是一些争辩的主题。在这里，我们展示了四川盆地至西藏东部的密被动源地震剖面用以研究碰撞区域的深层结构。利用P和S接受器功能影像，我们观察到四川盆地120-150km深和西藏东部70-80km深的岩石圈与软流圈边界处（Lithosphere-Asthenosphere Boundary，LAB）的一个突然的隆起。四川盆地下方的地壳-地幔边界从36km增加至40km，与此相对比，西藏东部从55km增加至60km。西藏东部不连续性从410km降低至大约30km。由此我们得出结论，西藏高原与四川盆地的碰撞模型与已知的印度与青藏模型不同。在西藏南部，我们实质观察到印度板块俯在西藏中部下几百公里向北穿过。西藏东部下岩石圈很薄的地幔部分可能暗示热软流圈逃逸流剥离或移除了岩石圈底部。该过程在重力浮力作用下造成西藏东部边缘异常陡峭的地形。西藏东部410km不连续性的极度异常地降低支持了这一观点。

——摘自《EARTH AND PLANETARY SCIENCE LETTERS》

亚洲内陆渐新世晚期至中新世中纬度干旱化和风模式

孙继敏 研究员 中国科学院地质与地球物理研究所

亚洲内陆有着北半球最大的中纬度干旱带，该地区干旱的起源和发展引起人们越来越浓厚的兴趣。人们仍不清楚亚洲内陆的风积物的年代和范围，风对中纬度干旱带形成的贡献。我们报道了中国黄土高原和西北大准葛尔内陆盆地普遍存在的第三纪风积沉积物的最新沉积纪录。结果显示最早的风积沉积物始于ca. 24 Ma。我们阐述了可能来自于哈萨克地区的准葛尔第三纪风成尘如何被西风运输；被蒙古沙漠和华北的冬季季风运输在黄土高原堆积的尘土与空气中的尘土不同。这些结果进一步揭示了与当今相似的气候模型至少从渐新世晚期就已经在中亚地区盛行。

——摘自《GEOLOGY》

华北克拉通的尖晶橄榄岩捕虏体中铁同位素变化：地幔交代推断

朱祥坤 研究员 中国地质科学院地质研究所

汉诺坝和鹤壁的新生代碱性玄武岩中取尖晶橄榄岩捕虏体及单斜辉石岩样品，分析其中铁同位素及其他矿物元素成分，分析华北克拉通地下岩石圈地幔铁同位素的特点。研究结果显示，汉诺坝尖晶岩、橄榄岩、捕虏岩含有少量但可识别的铁同位素变化。Delta Fe-57变化在橄榄岩中为-0.25至0.14aEuro degrees，斜方辉石中为-0.17至0.17aEuro degrees，单斜辉石中尉-0.21至0.27aEuro degrees，尖晶岩中为-0.16至0.26aEuro degrees。对于单一样品，斜辉石的铁同位素比例最重，橄榄岩的最轻。在“delta-delta”图中矿物之间没有明显的线性关系，这表明被分析样品的铁同位素被某开放系统工艺严重影响。矿物铁同位素与交代指数之间广泛存在负相关，这表明不同矿物质和橄榄岩中铁同位素的变化是由地幔交代造成的。鹤壁被交代事件显著变更过的含金云母二辉橄榄岩比贫斜辉石二辉橄榄岩呈现出更重的同位素。研究进一步证实了先前有关在捕虏体尺度上岩石圈地幔具有可识别的、不均一的铁同位素变化。地幔交代是地幔橄榄岩铁同位素变换最可能的原因。

——摘自《CONTRIBUTIONS TO MINERALOGY AND PETROLOGY》

东太平洋赤道地区厄尔尼诺和拉尼娜幅度不对称的原因

张人禾 研究员 中国气象科学研究所

利用简单海洋数据同化（Simple Ocean Data Assimilation，SODA）2.0.3、SODA 1.4.2和全球海洋数据同化系统（Global Ocean Data Assimilation System，GODAS）三种海洋同化产品在ENSO发展阶段通过复合层热量收支诊断研究厄尔尼诺和拉尼娜幅度不对称。研究发现，非线性区域和经线方向海洋温度对流是造成远东太平洋不对性的主要原因，而垂直方向非线性对流有相反的作用。区域流异常主要受控于与变温层深度变化有关的地转流。经线流异常主要归因于由风应力驱动的Ekman流。这些结果暗示在El Nino和La Nina流行时期异常水平流导致温暖的非线性对流，因此加强（减弱）了El Nino（La Nina）振幅。El Nino（La Nina）期间的异常地转多层流的聚集（分散）导致远东太平洋赤道地区异常下降（上升），这导致在温暖和寒冷期都会出现冷非线性垂直对流。

——摘自《JOURNAL OF CLIMATE》

C A LIPSO主动雷达和被动 IIR测量联用探测尘气溶胶

黄建平 教授 兰州大学大气科学学院

仅基于雷达测量的CALIPSO（Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations）将大约塔克拉玛干沙漠上空43%的尘层（主要是致密的尘层）错误地划分为云层。为说明这一问题，我们将CALIPSO的云-气溶胶雷达与正交极化组合（Cloud-Aerosol Lidar Orthogonal Polarization，CALIOP）并采用被动成像辐射计（Infrared Imaging Radiometer，IIR）测量开发出一种新方法。这种组合雷达和IR测量（以下称CLIM）方法利用IIR三光谱IR亮度温度来区别冰冷的云和致密的尘层，雷达测量仅用于测量薄尘层和水云层。在10.60至12.05mu m（BTD11-12）范围内亮度温度显著不同，致密尘层得到典型阴性结果，而带冰云层大多得到阳性结果，但是对于CALIPSO雷达可以准确识别的薄尘层得到从阴性到阳性变化的结果。研究结果显示，2008年塔克拉玛干沙漠沙尘活跃期，CLIM方法可以明显减少误判比例，降至大约7%。与CALIPSO数据相比，CLIM方法揭示至少18%沙尘层在源地1.8至4km上空大幅度加强背反射。

——摘自《ATMOSPHERIC CHEMISTRY AND PHYSICS》

北京城区硫酸在新颗粒形成和生长中的作用

胡敏 教授 北京大学环境科学与工程学院

同时测量气体硫酸和颗粒数量大小的分布以研究北京2008期间气溶胶成核和生长。气溶胶动力学模型分析测量到的气溶胶和硫酸，结果显示北京地区硫酸在新颗粒形成的过程以及随后的生长中起决定性作用。基于十二组新颗粒形成的数据，平均形成速率与硫酸盐浓度呈线性关系（R2=0.85）。凝结似乎在减少成核颗粒密度方面起重要作用，凝结损失与形成率的比值为0.41+/-0.16。表征生长率从3至11nm/h不等。硫酸凝聚、随后被氨中和凝结对表征颗粒增长的平均贡献分别为45+/-18%和34+/-17%。在7个富硫新颗粒形成事件中硫酸浓度比有机物高30%，但在5个贫硫类型中低20%，这表明有机物对于新鲜成核颗粒生长具有重要的贡献，尤其是在贫硫情况下。

——摘自《ATMOSPHERIC CHEMISTRY AND PHYSICS》

氧同位素分期5西藏中西部降水中氧同位素的巨大变化

蔡演军 研究员 中国科学院地球环境研究所

从西藏高原中西部天门洞两个氧同位素分期5（Marine Isotope Stage 5）生长成的石笋中得到氧同位素（delta O18）记录，该记录是从西藏高原得到的第一份洞穴记录。天门记录表征降水delta O18历史有较大的振幅，但在结构上与从相邻地区得到的亚洲季风记录相似，为包括东亚和印度季风亚系统的亚洲季风系统提供了重要的证据，对北半球夏季日晒变化表现出显著反应。在氧同位素分期5a、5c和5e期间，极低的delta O18值表明降雨而不是温度是轨道时间尺度上西藏高原中西部降雨中deltaO18主要控制因素。天门记录可能有助于解释该地区冰核delta O18记录。大气delta O18轨道尺度移入的大范围变化（>9%）将对高原历史的重建具有积极地促进作用。

——摘自《GEOLOGY》