中中新世气候转型期太平洋深层环流变化与碳循环

中中新世气候转型(14.2～13.9 Ma)是全球联动的一个快速气候变化事件,冰盖、洋流和碳循环均发生显著变化,厘清其驱动机制对理解新生代全球变冷有重要意义。对此已有研究提出2种假说：一种重视洋流重组,另一种则突出碳循环的重要性,但二者都无法完美解释中中新世气候转型的种种现象。实际上,冰盖—洋流—碳循环三者形成耦合的系统,共同造成地球气候变化。综合已有的地质记录,两类机制均导致深部大洋碳储库增大,大气p CO₂降低,并进一步促进气候变冷和冰盖增长,表明不同子系统之间的耦合作用引起气候突变。相较于碳循环过程和冰盖变化,学术界对中中新世气候转型期间洋流变化的了解较少,特别是南大洋和太平洋深部水团。未来的研究应聚焦于深部太平洋的洋流变化,以便更全面地完善对中中新世气候转型的理解。     

全球变化科学中的碳循环研究进展与趋向

全球碳循环研究是全球变化科学中的研究重点之一,在过去的研究中已取得了长足的发展,但对碳源和汇的定量研究还是今后需要进一步加强的工作。综述了近年来全球碳库储量研究的主要进展,分析了岩石圈、陆地生态系统、海洋、大气以及人类社会等碳库的储量、在全球碳循环中的地位及其作用机制,针对与全球升温事件密切相关的人为碳排放问题专门作了论述,并结合最新的研究成果,对"未知汇"问题的新的研究方向作了阐述。碳循环研究已经进入一个新的发展时期,国际科学组织与各国政府对碳循环研究的关注与投入正逐步增加,但其关注的内容并不一致。分别以地球系统科学联盟的全球碳计划和美国的北美碳计划为例,介绍了国际碳循环研究的重点与趋势。最后提出了今后全球碳循环研究需要关注的一些领域：陆地碳循环机理与源汇定量研究;海洋大尺度碳循环及其机理研究;人类社会在碳循环中的作用研究等。     

北极快速变化对北冰洋碳循环和生物地球化学过程的影响

北冰洋是全球海洋碳循环研究的关键地区之一,其独特的地理位置决定了它是开展海陆统筹研究碳汇一个绝佳的场所,即地形相对封闭,边缘有着世界上最大的陆架区,外围有广袤的陆地冻土层和大河输入。近年来,由于全球变暖,海冰消退,北极快速变化所引起的一系列大气、冰雪、海洋、陆地和生物等多圈层相互作用过程的改变,已经对北极地区碳的源、汇效应产生了深刻影响。这种变化不仅体现在由于陆地冻土圈变化所引起的甲烷和二氧化碳释放上,而且,随之而来的海水层化、混合和环流变化,陆源有机碳和营养物质入海通量的增加,改变了海洋二氧化碳"物理泵"、"生物泵"和"微型生物碳泵"作用的强度、方式,以及海洋原有的海洋碳储库构成,也很可能会对全球海陆碳源汇格局产生重要影响。本文主要从北极快速变化所引起生物泵过程变化来讨论全球变暖对的海洋生物地球化学的影响。     

地球科学面临的挑战

在经历了由于板块构造学说的兴起带来的学术思想变革之后,地球科学所研究的各个领域都取得了许多重要的进展。然而,随着现代科学技术日益迅猛地向前发展,客观世界简单化模型经常受到其内部不断揭露出来的复杂本质的严峻考验,不可避免地遇到了一系列新的重大挑战。这就客观地把一些具有战略意义的问题,推到当代地块科学研究的前沿,其中最关键的是大陆及其边缘的研究和地球内部的探测。 大陆及其边缘是当代地球科学研究的前沿 五十—六十年代以海洋地质、地球物理调查所获得的大量资料为基础,早期简单的板块构造研究继承魏格纳关于大陆漂移的思想,提出了新的全球构造学说。过去准静态     

中国大陆科学钻探面临解决的关键地球科学问题

中国大陆科学钻探面临解决的关键地球科学问题许志琴（中国地质科学院地质所）关键词大陆科学钻探，中国大陆科学钻探是当代地球科学的重大前沿课题，是与航天技术并驾齐驱的又一高科技工程，这一点已为国际地学界所共识。     

稻田土壤碳循环关键微生物过程的计量学调控机制探讨

稻田生态系统碳循环是我国陆地生态系统碳循环的重要组成部分,微生物驱动的稻田土壤碳循环(输入、分配、稳定等过程)的生物地球化学过程是土壤碳循环过程研究的核心。目前,对稻田土壤碳循环过程及其机制的认识缺乏基于生态化学计量学层面的研究。因此,系统解析耦合化学—生物—环境要素的稻田土壤碳循环的关键过程是深入研究当前面临的诸多土壤生物化学问题(如土壤碳循环与土壤肥力、温室气体减排等)的科学瓶颈。在综合分析计量学的基本内涵与土壤计量学发展需求的基础上,论述了稻田土壤有明显区别于其他土壤类型的土壤发生学和生物化学特点,重点评述了稻田土壤碳循环的3个主要过程的研究进展,包括:1稻田土壤新鲜有机质转化、矿化的关键微生物过程计量;2典型水稻土CH4产生的关键微生物过程计量;3典型水稻土微生物CO2光合同化功能的计量。在此基础上,探讨了土壤生物化学过程统计学和数学模型在土壤计量学研究中的应用,并提出了稻田土壤碳循环关键微生物过程的计量学特征研究的发展趋势和科学问题展望。期望能够通过这些探讨对推动我国该研究领域的基础理论建设和新技术发展有所贡献。     

南北极海区碳循环与全球变化研究

南北极是全球变化研究领域中十分重要的地区 ,也是世界大洋对全球变化反馈的一个重要窗口。文章论述了南北极海区碳循环研究的国内外研究动态 ,阐述了目前南大洋及北冰洋的生产力水平及碳收支平衡状态 ,讨论需要进一步研究的一些存在问题以及将来的发展方向。目前的研究表明 ,北极的生产力比历史上所认为的要高 ,在全球变化的作用下 ,其将成为越来越重要的碳汇区 ;南大洋主控着人为源CO2 的海气交换通量 ,而生产力所受到的限制也影响着其吸收CO2 的潜力。目前制约着对两极碳循环进一步认识所缺乏的资料包括 :极区碳汇的时空变异、南大洋的Fe限制及Fe假说、紫外增强对极区碳循环可能产生的影响等。今后研究的重点将集中在全球变化对两极碳循环的影响及其反馈 ,碳循环的机制及其动力学过程 ,以及通过碳循环人为干预全球变化的可行性。近年来 ,中国也十分重视极区碳循环的研究 ,取得了许多积极的成果。我们的研究结果表明 ,在 80°E～ 80°W之间 ,南大洋基本上是大气CO2 的汇 ,其中在 45°W～ 30°W及 10°W～ 10°E之间 ,是CO2 的强汇区。北冰洋的一些海区也表现为很强的碳汇区。计算得出 ,楚科奇海及其附近海区 7月到 9月CO2 吸收通量为 0 13g/ (m2 ·d) (碳 )。南大洋夏季CO2 吸收通量为 0 1g/ (m2 ·     

变化中的地球所面临的挑战:全球变化的科学理解(英文)

简要介绍了变化中的地球所面临的挑战 ,并在描述地球系统科学近年来所取得成就的基础上给出了全球变化的科学理解。同时也简要介绍了世界正在面临的主要环境问题 ;描述了气候系统研究所达成的共识、面临的挑战及所取得的研究进展 ;并从大气、海洋和陆地间的CO2 交换、转换、不确定性等方面阐述了碳循环 ;然后 ,简单描述了全球水循环研究进展 ;最后 ,展望了在变化的地球中生存所要面临的挑战与机遇。     

流域绿水研究的关键科学问题

阐述了开展流域绿水研究的重要意义,分析了流域绿水研究的关键科学问题：①绿水量的测算方法与尺度转换;②流域绿水流的形成、转化及其生态水文响应机理;③流域绿水资源评价与管理。指出流域水资源评价与管理要以降水为基本水资源,综合考虑蓝水和绿水两部分,协调流域上、中、下游生态、生产和生活用水,充分开发利用非生产性绿水资源,平衡自然生态和人类用水。     

中国古地理学研究进展与关键科学问题

古地理学着重于研究和重建地史时期地球表面自然地理状况。国际古地理学主要是在板块构造理论指导下,依托古地磁、古生物和地球化学等手段,重建地史时期的大陆位置、板块边界、海陆分布,侧重于板块尺度的板块构造古地理。中国古地理学主要侧重于以矿产资源勘探服务为导向的不同尺度的盆内岩相古地理研究及编图。当前中国古地理研究对前寒武纪板块构造体制之前的古地理研究仍处于探讨和假说阶段,对显生宙重大古地理变迁的构造机制、地表过程、生命效应是最具挑战的科学问题,诸如古生代与生物大灭绝事件相伴生的古地理变化,中三叠世末扬子板块与华北板块拼合后的古地理效应,白垩纪以来中国地势由东高西低转变为西高东低的过程和机制等。未来中国古地理学研究不仅要继续加强服务于页岩气等新矿产资源勘探的应用岩相古地理研究,还应建设对接国际的多学科融合的中国古地理数据库,系统重建中国小陆块群聚散的多重古地理演变过程,深入认识全球古地理演变的中国地质记录及其地球生命环境意义。     

流域水文遥感的科学问题与挑战

21世纪以来,水文遥感得到长足发展并成为当前地球科学的研究热点之一,同时也在流域生态水文过程研究中发挥了不可替代的作用,成为当前流域生态水文研究的重要手段。流域水文遥感在研究内容、研究方法、实际应用等方面具有流域整体性要求,涉及流域水量收支的闭合约束、要素反演检验的流域有效性以及流域水文模型的数据同化,指出流域尺度的反演检验、反演结果的不确定性和数据同化的误差溯源是当前面临的科学挑战。     

中国成菱镁矿区带与关键科学问题

我国菱镁矿资源丰富,储量巨大,目前位居世界首位.类型上以晶质菱镁矿为主,便于开发利用.晶质菱镁矿又以沉积变质型为主,集中分布在辽东地区,形成了世界级的大型—超大型菱镁矿集中区和生产基地,其次为成因上与超镁铁质杂岩密切相关的热液交代型和风化残积型,青藏班公湖成矿带可作为我国湖相沉积型菱镁矿找矿的重要靶区.本次在对全国62处菱镁矿矿产地资料系统梳理的基础上,深入总结了全国菱镁矿的成矿规律,进一步划分了菱镁矿的矿床类型,并划分出13个成菱镁矿带,编制了“中国菱镁矿成矿规律图”、“中国菱镁矿成矿体系图”和“中国成菱镁矿带分布图”等图件,为我国菱镁矿资源潜力评价的预测工作提供了理论依据.同时,本文对我国辽东超大型菱镁矿的成因机制问题和菱镁矿中镁的物质来源等关键科学问题展开了探讨.     

生态系统变化：工商业面临的机遇和挑战

简要介绍了千年生态系统评估（MA）项目编写的《生态系统与人类福祉：工商业面临的机遇和挑战》的核心内容。报告表明：① 工商业与生态系统之间存在着复杂的相互作用,一方面,工商业需要依赖生态系统服务的可持续供给才能得以长期运营,另一方面,工商业的各种活动也会导致生态系统及其服务发生变化;② 在1950—2000年的50年里,全球生态系统已经发生了许多不利于工商业长期持续发展的巨大变化,而且在未来50年内仍会发生一些与工商业密切相关的重要变化;③ 生态系统及其服务的巨大变化已经引起了管理部门的高度重视,今后工商业的发展必然会受到生态系统管理方面的重要影响;④ 工商业的发展要想长期立于不败之地,必须正确、全面地认识生态系统及其服务发生的重大变化,以及它们对业界带来的机遇和挑战,同时对自身的发展战略相应地做出调整。
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中国铝土矿的成矿规律、关键科学问题与研究方法

中国是世界上铝的最主要生产国和消费国,但资源储量和人均占有铝资源量严重不足。中国铝土矿具有成矿时代单一、空间分布广泛但局部相对集中的特点,成因类型以喀斯特型为主,区别于国际上以红土型为主的特点。文章在前人大量研究的基础上,对山西断隆、华北陆块南缘、黔中北-渝南和桂西南-滇东南4个最主要铝土矿成矿带的成矿规律进行了总结。并在成矿规律总结基础上,提出了当前铝土矿研究面临的关键科学问题：①地层层序与成矿物质的来源与组成问题;②深时古气候背景下重大地质事件与铝土矿成矿耦合关系问题;③铝土矿共生/伴生矿产资源的开发利用以及成矿过程问题。同时,文章还对解决上述科学问题可能采用的技术方法和研究手段予以展望。     

农田土壤固碳潜力研究的关键科学问题

农田生态系统在陆地生态系统碳循环中扮演着重要的角色。增加农田土壤有机碳的固定不仅可减少大气CO2含量,而且对保障国家粮食安全具有举足轻重的作用。近年来评估土壤固碳潜力已成为国际科学界研究的热点和难点。但由于不同研究者对“潜力”范畴的界定不同,全球或区域尺度农田土壤固碳潜力的估算还存在很大的不确定性。所谓固碳潜力,即土壤碳的饱和水平或土壤所容纳碳的最大能力。这一能力受区域气候、土壤类型、农业管理措施的综合影响。故此,合理地评价固碳潜力,应综合考虑气候、土壤和农业措施诸因素,并将宏观尺度与微观尺度的研究结合起来。从固碳潜力概念范畴及研究方法出发,阐述了农田土壤固碳潜力的研究现状,并结合生物潜力和物理化学潜力的研究,提出区域农田土壤固碳潜力的计量方案,并就该研究领域亟需回答的科学问题进行了探讨。     

全球环境变化和地球科学面临的新任务

阐述了地球科学与可持续发展的关系；讨论了当今地球面临的三大环境问题，并介绍了美国１９９７年全球变化研究计划概况，全球变化研究对于认识、评价和预测全球环境变化、人类健康、生态系统和经济持续发展是十分重要的，为了满足社会的需要，地球科学正面临着４方面的重大挑战。     

特殊地质城市地下空间开发利用面临的问题与挑战

我国地质环境十分复杂,地面沉降、地裂缝、活动断裂及岩溶等特殊地质现象十分发育,是世界上地质灾害最为严重的国家之一,这给我国目前大规模城市地下空间开发利用尤其是城市轨道交通和地下综合管廊的建设带来了前所未有的地质挑战。文中论述了我国城市地面沉降、地裂缝、活动断裂及岩溶等特殊地质现象的分布与发育状况及危害,明确指出了上述特殊地质环境下城市地下空间开发利用中面临的诸如监测缺乏系统性、缺少评价与安全利用理论方法和技术支撑、特殊地质与地下空间相互作用机制不明以及规划缺乏前瞻性等关键问题和挑战,建议尽快开展我国特殊地质城市地下空间开发利用的适宜性评价理论方法、规划设计理论、探测与监测技术方法以及城市地下空间资源评价、安全利用与防治关键技术等方面的研究,为我国地面沉降、地裂缝、活动断裂以及岩溶等特殊地质城市地下空间开发利用与安全运营提供重要科学依据与技术指导。     

陆面碳循环研究中若干问题的评述

陆面碳循环是全球碳循环研究的重要内容 ,所涉及的研究领域很广。对碳循环研究中所涉及的有关主要问题——碳元素的源和汇、“漏失汇”(missing sink)、植被净初级生产力 (NPP)、土壤呼吸、CO2 的“施肥效应”、目前和末次冰期极盛时陆地生态系统的碳储量、“反褶积”(deconvolution)分析方法以及气候变化对净碳通量的影响等方面的研究内容及其进展情况作了简要回顾和介绍。总结了不同研究方法的优缺点及各自存在的问题 ,并对有关研究结果和未来的发展趋势作了评述。     

月球形成和演化的关键科学问题

我国正开展月球探测和科学研究,其成果将加深认识月球的组成、结构以及形成和演化,同时揭示地球的早期历史。通过对月球研究成果的总结,就月球形成和演化关键科学问题的现状作了较为详细的说明,从而为我国月球探测和科学研究提供有益的启示。主要的关键科学问题包括：地球一月球体系的大撞击成因、月球岩浆洋与月壳形成、39亿年大撞击事件、玄武岩浆喷发与月球内部结构和月球南极艾特肯（Aitken）撞击盆地的形成等。     

水文土壤学面临的机遇与挑战

水文土壤学是以土壤发生学、土壤物理学和水文学为主的新兴交叉学科,综合研究不同时空尺度土壤与水的相互作用关系,在地球表层系统科学综合集成研究中具有特殊地位和重要作用。阐述了水文土壤学形成背景与内涵、学科与理论基础及研究进展,并展望未来面临的机遇与挑战。水文土壤学重点解决以下2个科学问题:①土壤结构及土壤—景观分布格局在不同时空尺度上如何主导和影响水文过程以及与其相关的生物地球化学循环和生态系统演变;②景观系统水文过程如何影响土壤发育、演变、异质性及其功能。水文土壤学面临研究方法和理论创新、多尺度综合观测网络体系构建及人才培养等方面的挑战。