多年冻土退化下碳、氮和污染物循环研究进展

多年冻土储存了大量的有机碳、氮素以及持久性有机污染物和汞等污染物.全球变暖背景下,目前全球大部分的多年冻土都处于退化状态.多年冻土区土壤温度升高、多年冻土层解冻后,土壤温度水分会发生变化,从而改变微生物的生长代谢过程,进而改变多年冻土区的物质循环.通过综述多年冻土区的碳、氮及污染物的储量及其在多年冻土退化下的迁移转化及输出特征,研究发现:多年冻土退化增加活动层厚度、形成热喀斯特地貌,一方面导致碳基和氮基温室气体快速释放到大气中,另一方面也向水生系统中输出溶解性碳氮组分及可溶性污染物,这些过程会导致多年冻土由碳、氮和污染物储存的"汇"转变为"源",并最终影响全球生物地球化学循环.明确多年冻土区碳、氮和污染物的生物地球化学循环过程对于全面理解气候变化对自然和人类社会系统的影响具有重要作用.未来研究中,还需要结合多学科技术手段,开展多年冻土退化过程、水文过程与生物化学循环过程的系统集成研究,此外,还需加强汞、POPs等污染物的二次释放过程与碳氮循环的耦合关系研究,定量多年冻土中污染物二次释放的环境效应,以深刻认识多年冻土中物质循环过程并为气候和环境变化提供预测依据.     

安徽滁州和管店早白垩世高镁埃达克质侵入岩的成因:锆石U-Pb年代学和Sr-Nd-Hf同位素的制约

本文以华北陆块东部早白垩世滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩为研究对象,报道了新的全岩地球化学（主量元素、微量元素以及Sr-Nd同位素）以及锆石U-Pb年代学和Hf同位素的综合研究结果,进而约束其岩石成因和构造意义。滁州闪长玢岩中锆石发育振荡环带,管店石英闪长岩中锆石具条痕状吸收的特点,它们均为岩浆成因。锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果显示,滁州和管店闪长质锆石年龄分别为128±1Ma和130±2Ma,表明二者均形成于早白垩世。地球化学特征显示,滁州和管店闪长质岩石具有类似的主量元素和微量元素组成,整体具中等的SiO₂含量（58.55%~60.12%）和富MgO（4.43%~5.10%,Mg^#=57~61）的特征,Na₂O/K₂O比值为1.20~1.47,属于高钾钙碱性系列岩石;富集轻稀土元素和大离子亲石元素（如Rb、Ba）,亏损重稀土元素和高场强元素（如Nb、Ta、Zr、Hf）,并具不同程度的Eu负异常（δEu=0.85~0.93）。它们具高的Sr（575×10^-6~1035×10^-6）和低的Y含量（10.2×10^-6~15.3×10^-6）以及高的Sr/Y比值（57~69）,属于埃达克质岩石。此外,滁州和管店闪长质岩石具有类似的Sr-Nd以及锆石Hf同位素的特征,滁州闪长玢岩的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr初始比值介于0.7061~0.7066之间,ε_Nd（t）值为-17.7~-16.9,锆石ε_Hf（t）值变化于-23.1~-19.1之间,而管店石英闪长岩的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr初始比值为0.7046~0.7059,ε_Nd（t）值为-18.7~-15.8,锆石ε_Hf（t）值为-25.6~-20.0。综合上述,滁州和管店闪长质岩石均属于高镁埃达克质岩石,起源于拆沉的加厚下地壳部分熔融的熔体与地幔橄榄岩反应的产物,形成于早白垩世华北东部陆块拆沉作用下的伸展背景。     

扬子地块西缘峨山新元古代A2型花岗闪长岩的成因及构造意义

在扬子地块西缘出露有大量的新元古代岩浆岩,这些岩石对于重建罗迪尼亚超大陆有着重要的意义。本文对云南峨山岩体的花岗闪长岩和似斑状黑云母二长花岗岩开展了详细的岩石学、岩石地球化学和年代学研究,结果表明,似斑状黑云母二长花岗岩侵位于826.6±2.5 Ma,而花岗闪长岩有着较年轻的结晶年龄818.3±2.8 Ma,花岗闪长岩比似斑状黑云母二长花岗岩有着更低的SiO₂含量,但是更高的Al₂O₃、MgO、Fe₂O₃、TiO₂和P₂O₅含量。在稀土元素配分曲线和微量元素蛛网图上,两种岩性呈现出相似的特征,都是具有右倾的稀土元素配分样式,呈现出Eu负异常,相对于大离子亲石元素（LILEs）更亏损高场强元素（HFSEs）。似斑状黑云母二长花岗岩富集Nd同位素组分,而花岗闪长岩与之有着相似的Nd同位素值。地球化学数据显示可能的岩石学成因是变质火成岩源区在826 Ma时发生部分熔融形成了峨山似斑状黑云母二长花岗岩并且残留下来了一个麻粒岩化的源区;麻粒岩源区在818 Ma时再次发生部分熔融形成了具有A型属性的峨山花岗闪长岩。结合前人的数据和本文的研究,认为扬子西缘在新元古代时期是一个活动大陆边缘,而华南地块当时在罗迪尼亚的位置更可能是在边缘而不是中心。     

从洋-陆俯冲到陆-陆碰撞:回眸与展望

大陆造山带的经典含义是指由于大陆地壳岩石在板块俯冲-碰撞的巨大挤压应力下,遭受强烈变形、变质和熔融作用,地壳发生大规模缩短、加厚和隆升而形成的地带。分布在大陆边缘和内部的造山带,经历从洋壳扩张、洋-陆俯冲到陆-陆碰撞的造山过程,形成"俯冲增生型"、"陆陆碰撞型"和远离板块边界的"陆内型"造山带。造山带类型的分析是识别地球上造山带机制的钥匙。本文在阐述经典造山带分类的基础上,根据造山带的几何学、热历史、构造样式等特征,讨论了弧形造山带、特殊几何学造山带和走滑造山带的结构、运动学和动力学,以及从洋-陆俯冲到陆-陆碰撞造山在时空上的转化和演化。在回顾造山带研究的基础上,突出在板块汇聚边界的大洋和大陆俯冲带研究的重大进展,提出俯冲带和地幔柱提供了穿越地球层圈物质和能量交换的通道,它们的结合研究是探索全球单层壳-幔大循环假说与板块驱动力的新方向,是统领造山带研究的大思路。对于大陆动力学研究的一些前瞻性问题的思考,强调了造山过程的热扩散模式和变形-变质-深熔-成矿作用的自组织行为,以及地壳熔融在造山中的重要性;强调了流变学在大陆造山带形成和演化中的基础地位,并认为这是造山带研究中亟待解决的问题。作者认为板块水平运动是致使地壳挤压缩短和加厚、形成造山带的主要驱动力;而在板块离散边界(包括大洋中脊)垂直上升流所形成"地貌"上的山链,被称为"伸展造山带",不应属于经典"造山带"的范畴。     

扬子西缘东川落雪地区元古宙地层中3890 Ma锆石的发现

利用LA-ICP-MS U-Pb同位素测定技术,在扬子西缘滇中东川地区古元古界阿不都组流纹质玻屑熔结凝灰岩中发现了1颗冥古宙锆石,锆石具有明显的核-幔-边结构,其核部的207 Pb/206 Pb年龄为3890±47 Ma,此年龄被解释为岩浆结晶,Th/U比值为0.34;变质边的207 Pb/206 Pb年龄为3561±45～3616±55 Ma,Th/U比值为0.07～0.19.锆石的原位Hf同位素测定给出了176 Hf/177 Hf=0.280317～0.280451,εHf(t)=-4.6～0.6(平均值为-2.5),TDM1=3861～3980 Ma,TDM2=4036～4106 Ma(平均值为4059 Ma).这颗锆石为扬子陆块目前发现的最老锆石,其Hf同位素及微量元素特征说明扬子陆块存在4.0 Ga的地壳增生作用及古老陆壳的再循环;结合前人同位素研究资料,说明扬子西缘东川落雪地区元古宙时同华北陆块可能具有亲缘性;本次的发现,为扬子陆块寻找冥古宙和始太古代物质实体提供重要依据,也为认识地球早期大陆演化过程提供了重要新信息.     

南秦岭东部新元古代埃达克质岩的发现及其地质意义

秦岭造山带是一条复合型大陆碰撞造山带,存在若干新元古代构造岩浆事件的遗迹,它们对深化认识南北秦岭汇聚-碰撞过程和Rodinia超大陆聚合具有重要意义。本文对南秦岭东部豆腐尖岩体英云闪长岩开展LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学和全岩主微量元素地球化学研究。代表性样品的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为860.7±6.0Ma,表明其形成时代为新元古代。岩石地球化学特征表现为高SiO₂(62.41%-68.89%)、高Al₂O₃(15.33%-17.33%),富Na₂O(4.23%-5.80%)和高Na₂O/K₂O比值(1.11-2.41),富Sr(>400×10^-6),低MgO(0.55%-2.08%),低Y(7.40×10^-6-18.20×10^-6)、Yb(0.63×10^-6-1.62×10^-6),高Sr/Y比值(31.49-78.22),轻稀土元素显著富集[(La/Yb)_N>20],弱Eu正异常,具埃达克质岩特征。较高的K₂O含量(2.00%-4.31%)和低MgO以及显著的高La/Yb比值等特征指示,其具有典型高钾钙碱性埃达克质岩特征,很可能源于加厚下地壳的部分熔融,推测该岩体形成时南秦岭地壳厚度可能达到65 km。结合区域地质资料,认为豆腐尖岩体形成于陆-陆碰撞环境,是新元古代松树沟洋盆闭合后北秦岭和南秦岭碰撞造山的产物,是Rodinia超大陆聚合事件在该地区的岩浆响应。新元古代早期商南豆腐尖高钾钙碱性埃达克质岩的首次识别为限定南-北秦岭碰撞事件提供了有力约束。     

如何判定俯冲增生杂岩中的高度肢解的洋底高原-海山系统

巨型洋底高原或海山系统到达俯冲带发生俯冲以后会在俯冲过程中发生肢解,在增生杂岩带中形成面目全非的小型洋底高原-海山系统的断块或碎片,使得在增生杂岩带中识别古老洋底高原-海山系统变得十分困难。为此,本文提出了基于洋板块地层、岩石学和地球化学联合研究的新方法及其识别标志,重新审定增生杂岩中洋底高原或海山的成因。     

利用地幔中Nb和Ta的含量制约地球初始岩浆洋的成分

球粒陨石常用来代表未分异的原始地球的组成成分。但是,Nb、Ta作为难熔亲石元素,在各硅酸盐地球储库中(地壳、洋中脊玄武岩、亏损的洋中脊玄武岩地幔等)的Nb/Ta值却显著低于球粒陨石的Nb/Ta值(<19.9)。这可能指示在下地幔深部有未被发现的高Nb/Ta源区,或者Nb在核、幔分异时进入地核。目前学界对"Nb悖论"成因仍存在很大争议。     

WRF中土壤图及参数表的更新对华北夏季预报的影响研究

土壤质地及其物理性质的参数化对陆面过程模拟具有明显的影响。研究了土壤质地和土壤水文参数表的更新对WRF（Weather Research and Forecasting）模拟性能的影响。使用北京师范大学土壤属性数据集和修正后的土壤水文参数表替换WRF默认数据,对2017年6—8月华北地区开展数值模拟试验和评估验证。结果表明,模拟结果对土壤类型数据集和水文参数表的更新较为敏感,对地面要素预报有正效果。WRF默认土壤数据集中,中国东部以粘壤土为主,而在北京师范大学土壤数据集里则以壤土为主;修正后的土壤水文参数在Noah陆面过程中增强了裸土潜热蒸发能力。数值模拟试验表明,土壤输入数据和土壤水文参数的更新能够增强陆面向大气的潜热同时减弱感热输送,致使大气底层温度降低而湿度增大。利用华北区域748个地面气象观测站的2 m温度和2 m湿度对2017年夏季的模拟结果进行验证,结果显示更新试验对地面要素的预报偏差有较好的修正作用,能够将2 m温、湿度的预报技巧分别提高3.4%和2.9%。      

由非季风区向季风区过渡过程中大气边界层结构的变化分析

利用中国西北中部具有代表性的非季风区、夏季风影响过渡区和季风区的7个高空站的2013年夏季晴天07时、13时、19时（北京时）的大气边界层资料,通过分析大气边界层位温、比湿、风速的垂直结构,发现大气边界层结构及厚度在不同区域的分布特征:稳定边界层厚度、残余层顶高度和对流边界层厚度从非季风区、夏季风影响过渡区至季风区出现阶梯性大幅降低,从非季风区至夏季风影响过渡区,以及从夏季风影响过渡区至季风区,对流边界层厚度降幅依次为25.6%和81.8%,稳定边界层厚度降幅依次为58.3%和41.8%;在稳定边界层条件下,可观察到低空急流的存在,非季风区低空急流出现高度明显高于夏季风影响过渡区和季风区,且非季风区的低空急流风速也明显大于夏季风影响过渡区和季风区。通过分析与大气边界层发展最为密切的陆面热力因素在不同气候区的分布,净辐射值、日地-气温差最大值以及感热通量值在非季风区大于夏季风影响过渡区和季风区,从陆面热力过程为非季风区大气边界层厚度大于夏季风影响过渡区和季风区提供了理论依据。