三江平原湿地CH4、N2O的地-气交换特征

利用暗箱-气相色谱法对三江平原3种具有代表性的湿地类型（常年积水的毛果苔草沼泽、季节性积水的小叶章湿草甸和灌丛湿地）进行了为期两年的CH⁴和N²O现场同步观测。结果表明,湿地全年CH⁴和N²O通量有明显的季节和年际变化,与温度和土壤水分条件密切相关。在发生季节性干旱的年份,生长季（5月¹0月）CH⁴排放通量峰值出现在6月和8月,呈双峰型;而在降水充沛的年份,CH⁴排放通量峰值出现在6、7月份,呈单峰型。冰冻期（11月到次年4月）CH⁴排放通量十分的微弱,其中灌丛湿地表现为负排放。3种类型湿地N²O通量一般在非冰冻期表现为排放,呈双峰型,5月份融化期为第一个高峰期,7、8月为第二个高峰期,冰雪覆盖期表现为吸收。湿地CH⁴和N²O通量在春季的融冻期,存在此消彼长的现象。     

塔里木盆地南缘沉积物磁化率、δ13C与粒度及其气候环境意义

本文研究表明,塔里木盆地南缘湖沼相沉积物质量磁化率与碳酸盐δ¹³C呈正相关关系,与粒度参数中056～3557μm各组分呈显著负相关,其中同1783～3170μm部分负相关性最为显著;与5637～2244μm之间各组分显著正相关,其中与7096～200μm各组分正相关性最为显著。其气候环境背景与意义表现为:在寒冷期中,δ¹³C偏轻,相对湿度和植被盖度增加,地表侵蚀减弱,只有较细物质才能向湖泊沼泽搬运加积,地表氧化环境减弱,磁化率减小;而在温暖期中,则相反。在区域对比基础上,根据上述指标将近40ka以来此地区气候环境变化划分了8个阶段。本文的各种指标（特别是粒度指标）与GreenlandGISP2冰芯δ¹⁸O记录之间有很好的吻合,表明研究区近40ka以来的气候与环境变化可能具有全球背景。     

Li+,Na+,K+/Cl-,SO2-4-H2O五元体系25 ℃相图及其应用

Li⁺,Na⁺,K⁺/Cl-,SO2-₄-H₂O五元体系相图对于硫酸钠亚型富锂卤水分离提取锂盐、锂辉石加工利用和锂盐产品的开发利用工艺制定都有指导作用。20世纪50年代曾有人研究过这一体系25 ℃时的相图,限于当时的科研水平,液相组成确定不准确,对平衡固相的判断,后来诸多研究结果证明也有错误。50多年来再没有人研究这一五元体系相图。利用我们提出的Li⁺,Na⁺,K⁺/Cl^-,SO^2-₄-H₂O六元体系热力学模型,对该五元体系的平衡溶液组成和正确的平衡固相进行理论预测,给出了该体系的完整相图。结合硫酸锂混盐分离、加工实例阐述了该五元体系相图的应用。     

Li+的水合结构和近似饱和水合层:基于密度泛函理论的研究

结合密度泛函理论,运用B3LYP/aug-cc-pVDZ方法对[Li(H₂O)_n]⁺(n=1~10)水合团簇的结构进行了研究。研究结果表明,在气相和液相中,四配位结构的[Li(H₂O)_n]⁺水合团簇比其五配位的异构体稳定,即在水溶液中Li⁺易形成四配位的四面体结构。随着同时水分子数的增加,Li-O键长增大,Li⁺上的电荷密度减小。但是当水分子数大于4时,Li-O键长和Li⁺上的电荷密度变化很小。[Li(H₂O)_n]⁺水合团簇中每个水分子的结合能计算结果表明,7个水分子已足以形成Li⁺的近似饱和水合层。另外红外光谱显示[Li(H₂O)_n]⁺水合团簇中O-H伸缩振动随着水分子数的增加发生蓝移,而~3 600 cm-1和~3 500 cm-1处的吸收峰是第二水合层与第一水合层、第三水合层和第二水合层的水分子形成氢键引起的。     

神农架地区树轮δ18O序列的气候指示意义

通过对湖北省神农架巴山冷杉(Abies forrestii)树轮纤维素氧同位素的分析,建立了1790-2011时段的年分辨率的δ¹⁸O年表。将树轮δ¹⁸O序列与邻近的巴东气象站记录的气候数据、大气环流数据以及南海海温进行对比分析,研究了树轮δ¹⁸O序列对气候要素的响应。结果表明,神农架地区树轮δ¹⁸O序列与该地区气候要素密切相关：与当年6-7月降水量呈负相关、与当年3-4月温度呈正相关,与当年6-7月相对湿度呈负相关。同时,树轮δ¹⁸O序列与当年2-3月北半球副高面积指数(5E-360)、9月南海副高面积指数(100E-120E)、1月太平洋极涡面积指数(Zone 2,150E-120W)及4-5月南海海温(SST)呈显著正相关;与当年1月南方涛动指数(SOI)呈负相关。表明树轮δ¹⁸O序列在一定程度上记录了大尺度的大气环流信息。该研究有助于进一步认知神农架地区树轮稳定氧同位素在过去气候变化研究中的潜在价值,为进一步气候重建研究提供科学依据。     

210Pb、137Cs 计年法在现代海岸带沉积速率 研究中的应用述评

²¹⁰Pb、¹³⁷Cs 计年法已被国内外广泛用于湖泊、河流和海洋现代沉积速率的研究中。本文在 回顾了210Pb、137Cs 计年法应用于海岸带沉积速率研究的现状以及存在问题的基础上, 根据海岸带 沉积环境特征分析了²¹⁰Pb、¹³⁷Cs 计年法在应用中应当注意的问题, 包括采样精准性, 样品分离的 分辨率, 数据校正方法的选择及两种方法的相互印证等。从几个方面探讨了提高沉积速率测定精 度的可能性, 同时指出, ²¹⁰Pb、¹³⁷Cs 的扩散混合模型的建立, ¹³⁷Cs 沉积滞后的问题, 以及¹³⁷Cs、²¹⁰Pb 计年法的应用范围等仍有待深入探讨。     

采用树轮图像分析方法研究历史时期气候变化的可行性*

本文以川西云杉为例,探讨了采用树轮图像分析方法进行历史时期气候变化研究的可行性。对比分析发现,图像分析得到的年轮宽度序列与宽度仪的测量结果基本相同;而年轮宽度与年轮灰度序列之间不存在明显关系,其差异可能是不同环境因子作用的结果。图像分析得到的川西云杉年轮灰度年表在反映某些气候要素变化上优于年轮宽度年表,并以年轮最小灰度、年轮平均灰度和晚材平均灰度较为突出。川西云杉年轮灰度主要受初春月平均最高气温的影响,且两者为负相关关系。     

苦海沉积物有机质反映的过去840年来青藏高原东部环境变化

青藏高原对全球气候变暖响应敏感,研究青藏高原近千年来环境演化过程、规律与驱动机制对预测其未来气候变化有重要意义。本文通过位于青藏高原东部的苦海沉积物总有机质相关指标(总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总有机碳与总氮比值(TOC/TN)和总有机碳同位素(δ¹³Corg)的研究重建了该区域过去840年来环境演化过程。结果表明,苦海沉积物中的有机质主要来自于内源水生植物。由于暖期(冷期)时黄河上游径流量较高(低),苦海水位随之升高(降低),湖泊水动力增强(减弱),浅水区沉水植物对研究岩芯中的有机质贡献率提高(降低),导致沉积物TOC、TN、TOC/TN升高,δ¹³Corg值正(负)偏。人类活动导致的青藏高原近50年气候异常变暖可能是~1950 AD之后δ¹³Corg反映的黄河上游径流量变化与重建的中国温度记录之间的关系发生转变的原因。苦海沉积物δ¹³Corg记录与万象洞石笋δ¹⁸O记录和太阳总辐射强度记录变化特征的相似性说明青藏高原东部地区气候变化的控制因素为太阳辐射驱动下的季风降雨量变化。     

福州马尾松年内晚材生长动态观测研究

树木径向生长动态监测工作有助于更好地理解树木生长对气候变化的响应机理。前期调查发现中国福建的马尾松年轮晚材比例较高,本研究调查了福州地区马尾松晚材的年内径向生长规律,并以晚材率的变化作为指标。研究发现6月底7月初为马尾松晚材形成时段;11月中旬马尾松形成层细胞结束分裂,但晚材细胞仍在进一步成熟,表现为细胞壁加厚、细胞颜色变深;在晚材形成阶段,7月初到8月上旬与10月初到11月中旬为晚材细胞缓慢生长阶段;8月中上旬到9月下旬晚材细胞为快速生长阶段。该研究对于在福建开展树轮气候重建具有一定的参考意义。     

柴达木盆地盐湖卤水及其沉积物硼同位素地球化学研究进展

综述了柴达木盆地盐湖卤水及其沉积物的硼同位素研究成果,并从pH值、离子浓度、物源补给等几方面对盐湖卤水及其沉积物的硼同位素组成进行了探讨。强烈的蒸发作用可以导致盐湖卤水的pH值降低,从而使δ¹¹B值相应地升高；卤水中的B可能会随碳酸盐的析出而进入到固相中,因此Ca²⁺浓度和Ca/Cl比值较高的湖泊,其卤水的δ¹¹B值一般都比较高；盐湖卤水及其补给水源的δ¹¹B值与B/Cl比值具有中等程度的负相关关系,这种特性也可以用来指示河水中硼的来源；当易风化的硅酸盐矿物经剥蚀迁移并最终在湖泊中沉积时,盐湖沉积物的δ¹¹B值会因这些低δ¹¹B值的物源加入而变低；此外,强烈的化学风化会使湖泊中沉积较多的细粒粘土矿物,由于粘土矿物的吸附作用也会使得盐湖沉积物中的δ¹¹B值偏低。关于柴达木盆地盐湖硼同位素的研究,不仅可以为盐湖的形成、演化及成盐成矿规律的研究提供可靠依据,而且可以为盐湖资源评价及合理开发提供科学依据。     

树木年轮密度实验方法及其在内蒙古准格尔旗树轮研究中的应用

在介绍树木年轮密度实验方法基本原理、国内外研究现状以及详细的实验方法和流程的基础上,建立了内蒙古准格尔旗油松树轮宽度年表,以及早材、晚材、最大、最小四个密度年表。年表之间相关分析表明树轮密度比宽度包含更多更复杂的气候环境变化因子。通过树轮密度年表与气象资料相关分析发现,准格尔旗树轮密度年表与该地区全年降水量之间有很好的相关性,早材密度和最小密度与降水量之间呈负相关关系,晚材密度和最大密度与降水量之间呈显著的正相关关系。无论正、负相关关系,均能够从树木生理角度予以合理解释。     

近50余年来南海西沙海域冬季风强度的变率

采用南海西沙永兴岛海洋观察站1958~1997年12~2月实测的北东向冬季风风速的平均值作为冬季风强度指数 (WMI),与南海北缘滨珊瑚的相应年月份的实测δ18O平均值进行相关分析,得到线性回归方程WMI (m/s) = - 4.913- 2.138δ18O (‰),r = 0.83, n = 40。在计算(后报) 所得的1944~1997年代际变化序列中,WMI在40~60年代呈下降趋势,70年代略有上升,而80~90年代又呈下降趋势。在年际变化序列中,WMI呈显著的下降趋势,所得线性回归方程为WMI = 79.67-0.0377 Year, r = 0.68, n = 54。由斜率看出,WMI每10年平均下降约0.4 m/s。用Daniell功率谱法分析,近54年来WMI的变化存在2.5~7年的周期,与季风的QBO周期为2~2.4年,以及ENSO活动的3~8年周期密切相关。WMI连续下降的趋势是与全球持续变暖相映,南海海域冬季风强度的变化受到了全球变化的制约。     

贡嘎山峨嵋冷杉上下限径向生长与气候因子的关系

通过贡嘎山海螺沟峨眉冷杉海拔分布上下限树轮宽度的测定,采用负指数法(NEC)、区域曲线标准化法(RCS)和断面积修正法(BAI)建立树轮宽度年表,基于临近康定气象站气候数据,分析了不同趋势拟合方法峨眉冷杉径向生长对气候响应的差异。结果表明,采用断面积修正法建立的年表更能准确地表征峨眉冷杉的生长趋势;BAI年表与逐月气候因子相关分析显示,在峨眉冷杉海拔分布下限,树木径向生长与前一年6~9月温度呈显著负相关,温度是影响峨眉冷杉海拔分布下限径向生长的主要因子;林线峨眉冷杉与当年7月温度和5月降水呈显著正相关,温度和降水的耦合作用影响林线峨眉冷杉的径向生长。     

全球碳循环变化:生物界对大气圈中CO_2浓度变化反应的勒夏特利埃原理(报导Ⅱ)

大气中¹³C 变化的界限我们将认为,方程（24）和（25）中的所有经验数据,除Δδ¹³C_a 外,都是已知的,且精度较高。我们可把该式右部看做是Δδ¹³C_a的函数——在从17世纪开始的整个人为扰动时期内大气中¹³C_a 的相对含量变动量的变化。在方程（24）和（25）的实验数据中既有与时间无关的数值(σ,ζ,K_as,μ^*),又有随时间变化的数据(δ¹³C、Δx_a)。从1958年起就开始有系统地测量随时间变化的数据。     

黄土碳酸盐古气候意义及其研究展望

碳酸盐是黄土中的主要矿物,是黄土—古土壤序列中含量变化最显著的矿物之一,其在表生环境下极易移动,并且它的迁移变化受大气降水、温度等古气候因素制约,在黄土高原风尘堆积序列的古气候研究中具有极其重要的意义,其变化能够较好地反映古季风的演变规律。黄土—古土壤中碳酸盐的含量变化和东亚夏季风降水的强度密切相关,碳酸盐矿物中白云石和方解石的存在与否及淋失深度对夏季风演变同样有很好的指示意义。稳定同位素δ¹⁸O可以作为夏季风的代用指标,指示成壤时期环境中的古温度;δ¹³C值表现出在黄土层中高,而在古土壤层中低,因此碳酸盐δ¹³C值可能更多反映了植被发育程度。碳酸盐中Sr同位素能够反映风化作用的强弱,而去除碳酸盐后的Sr同位素则能更好地反映成壤作用的强度和判别风尘物质的来源。与其它季风气候替代性指标相比,酸溶相中的δ¹¹B值变化与降水有直接关系,可以很好地作为夏季风降水指标。非传统稳定同位素Li、Ba和Fe有应用于黄土研究中,但目前的研究表明它们对气候环境暂无较好的指示意义。     

KNO3溶液结构:密度泛函理论和分子动力学研究

基于密度泛函理论,采用ωB97XD方法和6-311++G(d,p)基组,系统研究了[K(H₂O)_n]⁺,[NO₃(H₂O)_n]-和KNO₃(H₂O)_n水合团簇的结构和性质;并结合经典分子动力学、OPLS-AA全原子力场以及SPC/E水模型模拟了不同水盐比(WSR) KNO₃溶液,目的在于深入理解KNO₃溶液中K⁺和 NO-₃的微观水合结构,以及K⁺-NO-₃离子间缔合作用特征。研究发现,对于KNO₃(H₂O)_n (n=6,8,10和12)水合团簇,K⁺第一水合层稳定结构为四、五和六水合结构,其中五水合结构最稳定。K⁺和NO-₃主要以溶剂共享离子对形式存在。随着团簇尺寸减小,直接接触离子对(CIP)物种出现。同时,分子动力学模拟证实KNO₃溶液中形成了直接接触K⁺-NO-₃离子对,且随着溶液浓度增加,CIP物种形成需越过更大能垒。以上结果表明在KNO₃稀溶液中主要存在物种为水合K⁺和NO-₃,随浓度增大,单齿直接接触离子对(MCIP)逐渐出现。在高浓溶液或过饱和溶液中,K⁺-NO-₃离子缔合主要以单齿CIP和少量双齿CIP结构存在。     

基于氢氧同位素与水化学的 潮白河流域地下水水循环特征

为了研究变化环境下潮白河流域地下水水循环规律,通过现场调查,结合环境同位素及水化学应用,对潮白河流域浅层和深层地下水采样,测定其氢、氧环境同位素及水化学成分,通过分析其变化特征判明地下水的补给来源以及各含水层的相互联系。降水和地下水中的环境同位素δD和δ¹⁸O组成分析表明,降水是山前地下水的主要补给源,山区浅层地下水受蒸发影响非常强烈。水化学研究结果表明,山区地下水水质以 Ca²⁺和 HCO^-₃为主,属Ca²⁺-Mg²⁺-HCO^-₃型地下水。山前地下水类型为Ca²⁺-Mg²⁺-HCO^-₃、 Na⁺-K⁺-HCO^-₃、Mg²⁺-Ca²⁺-HCO^-₃和 Ca²⁺-Mg²⁺-Cl^--SO^2-₄。平原区地下水为Mg²⁺, Na⁺和HCO^-₃。滨海冲积海积平原为Ca²⁺-Mg²⁺-HCO^-₃型和Ca²⁺-Mg²⁺-Cl^--SO^2-₄型地下水。水化学分析证实了越流补给的存在。Ca²⁺ 和 HCO^-₃离子均呈山区高、山前和平原低、而滨海增高的趋势。沿潮白河流向地下水类型变化为:Ca²⁺-Mg²⁺-HCO^-₃ Na⁺＝K⁺-HCO^-₃ Ca²⁺-Mg²⁺-HCO^-₃。     

最近500年来福建玉华洞石笋氧同位素记录及气候意义

基于福建将乐玉华洞一支石笋(YH1)4个230Th年龄和370个氧同位素数据,并利用具有年层时标的湖北清江和尚洞石笋氧同位素记录的校正,重建了AD 1530以来1~3 a分辨率的石笋氧同位素序列。与当地现代器测气象资料对比发现,最近60 a来玉华洞石笋δ18O与当地夏半年降水量相关性最为显著(R=-0.35,n=55),而受温度的影响较弱,玉华洞石笋氧同位素较好的指示了当地夏半年降水量变化的信息。最近100 a来,福建玉华洞石笋的氧同位素组成具有逐渐变重的趋势,与其他地区高分辨率石笋δ18O具有相同的变化趋势,而且也与季风指数指示的季风减弱趋势相一致,进一步证实季风区石笋δ18O反映了东亚季风大尺度环流特征;在小冰期中后期(AD 1530~1850),玉华洞石笋δ18O在平均值-5.9‰高频振荡,存在一系列的数十年际尺度的季风增强和减弱事件,与亚洲—太平洋涛动(Asian Pacific Oscillation,APO)指数密切相关,说明玉华洞石笋δ18O所指示的降水信息受APO变化的影响。     

宁夏罗山油松(Pinus tabulaeformis)树轮宽度对气候因子的响应分析

 树轮样本采自宁夏罗山油松纯林的下限和上限。建立了下限和上限的树轮宽度标准化年表,分析了树轮宽度与降水、气温、湿润指数(P/T)的相关关系,结果显示,下限和上限树轮宽度指数都与当年3月、5月、春季以及年降水量显著正相关,与7月气温显著负相关;下限树轮宽度标准化年表与气候要素的相关系数一般大于上限的相关系数,而且下限树轮宽度与前一年9月、秋季降水以及夏季气温的相关也达到显著水平,表明下限树轮宽度标准化序列对降水和气温单一气候要素的变化较敏感;下限和上限的树轮宽度指数和湿润指数(P/T)呈正相关关系,而且上限树轮宽度和3—8月湿润指数的正相关达到99%的置信水平,说明罗山油松纯林上限树轮宽度标准化序列对水热组合的响应较敏感。     

Recent Progress on Structure of Aqueous Polyborate Solutions

The crystal structure of metal borates has been extensively investigated by X-ray and neutron diffraction,but,the structure of aqueous polyborate solutions are still largely unknown.Over the last decade,our group has focused on studying the structure of complex aqueous polyborate solutions of Li,Na,K,Rb,Cs,and Mg using synchrotron radiation X-ray scattering(XRS),EXAFS,Raman,NMR,and DFT,as well as determining the density,conductivity and pH of such solutions.Polyborate species distributions were calculated using pH measurements,and the main species in the solution have been confirmed by NMR and Raman spectra.For alkali-metal metaborates,the dominant species is always B(OH)-₄in a wide range of concentration,while the presence of others species is negligible.For alkali metal tetraborates,when concentration is in the extreme low range,only B(OH)₃ and B(OH)-₄ are present in these solutions.As the total boron concentration increases,B(OH)₃ and B(OH)-₄ polycondensated to form more complex oligomers.Of them,while B₄O₅(OH)2-₄ in the tetraborate solutions is the main species,B(OH)₃,B(OH)-₄,and B₃O₃(OH)-₄ are minor species,and B₃O₃(OH)2-₅ and B₅O₆OH)-₄ are present only in negligible amounts.As solution continues to concentrate,B₄O₅(OH)2-₄ eventually becomes the dominant species,which is consistent with the congruent compound M₂B₄O₇·nH₂O(M=Li,Na,K,Rb,Cs) in the system M₂O-B₂O₃-H₂O(M=Li,Na,K,Rb,Cs).For alkali metal pentaborates,B(OH)₃ and B(OH)-₄ are the main species at low concentrations.The species distribution,Raman and NMR spectroscopy results verified that the dominant species in concentrated pentaborate solutions with Li and Na is pentaborate B₅O₆OH)-₄,but it is surprising that the main species with K,Rb,and Cs is always the triborate monoanion B₃O₃(OH)-₄.Although all M[B₅O₆OH)₄]·nH₂O(M=Li,Na,K,Rb,Cs) are all congruent compounds in the system M₂O-B₂O₃-H₂O(M=Li,Na,K,Rb,Cs) ,the main species in aqueous solutions are quite different because of various cation hydration distance(d),hydration number(CN),and configuration,especially charge(Z).For bivalent Mg²⁺,three borate minerals,namely,Inderite(2MgO·3B₂O₃·15H₂O),Hungchaoite(MgO·2B₂O₃·9H₂O),and Mcallisterite(MgO·3B₂O₃·7.5H₂O),exist in the system MgO-B₂O₃-H₂O at 298K.Inderite is a congruent compound,but Hungchaoite and Mcallisterite are incongruent compounds.The species distribution and Raman spectra demonstrat that the predominant species in all the solutions with magnesium borates is bivalent triborate B₃O₃(OH)2-₅,while the subordinate species are B(OH)-₄ at a low B₂O₃/MgO ratio and B(OH)₃at a high B₂O₃/MgO ratio,and the other anions are negligible,as the high Z of the borate anion must match that of Mg²⁺.The disappearance of divalent B₄O₅(OH)2-₄ is in agreement with its incongruent nature.The DFT and XRS results showed that tetrahedral Li(H₂O)⁺₄(d=0.20 nm,CN=4),octahedral Na(H₂O)₆⁺(d=0.236 nm,CN=6),and Mg(H₂O)²⁺₆(d=0.210 nm,CN=6) in the first hydration shell belong to Platonic polyhedra.However,K(H₂O)⁺₈(d=0.28 nm,CN=8,XRS and DFT),Rb(H₂O)⁺₈(d=0.293 nm,CN=7.7-8.2,EXAFS),and Cs(H₂O)⁺₈(d=0.320-0.326 nm,CN=7.6-7.9,EXAFS) are inclined Voronoi polyhedra.Therefore,the effects of cation Z and d on the structure of polyborates in aqueous solutions are deterministic,while the effect of hydrated-cation symmetry is secondary.Their hydrolysis order was:Mg＞Li＞Na＞K＞Rb＞Cs,in step with hydration power.Among them,Mg²⁺ and Li⁺have a strong tendency towards hydrolysis,but Na⁺ scarcely hydrolyzes,especially Rb⁺ and Cs⁺ have a little protonation.X-ray scattering of aqueous alkaline sodium borohydride solutions confirmed that dihydrogen bonds exist in an aqueous solution.The four distinct features of dihydrogen bonds in aqueous solution-unidirectionality,divaricativity,multicentricity,and multidentativity have been also described here in brief.