流域地球关键带调查理论方法:以长江中游江汉平原为例

围绕如何运用地球关键带理论解决巨型流域生态环境保护问题,在总结国内外地球关键带研究进展的基础上,结合在长江中游开展的地球关键带调查实践,将流域侵蚀基准面定义为流域地球关键带底边界,建立了流域生态环境问题库、地球四大圈层变量库和人类活动变量库;构建了以典型生态环境问题为导向的、基于地球系统四大圈层、人类活动和时间的六维环境变量矩阵;提出了流域地球关键带横向三断面和垂向五界面的结构概化模型,识别了各断面和界面的共性变量和特征变量.有效突破了传统地球关键带研究局限于小流域、环境变量梯度和生态环境问题相对单一的不足,科学回答了流域地球关键带“在哪里调查”、“调查什么”和“监测什么”的问题,初步构建了流域地球关键带调查理论方法体系,并在江汉平原进行了示范性研究.本文为长江流域地球关键带调查以及长江大保护战略的实施提供了科学依据,并为我国流域地球关键带调查理论方法体系的建立提供探索性经验.      

关键带中天然半导体矿物与微生物协同作用及其环境响应

<正>地球中最不均匀和最复杂的区域——地球表层系统中各个圈层交互作用地带正在成为当代国际地球科学、生命科学和环境科学中近地表环境研究领域的关键带。作为地球科学中的重要基础学科——矿物学应担当起研究这一关键     

矿物结合水氢同位素指示化学风化程度？

<正>化学风化作为地球表层生物地球化学循环的关键过程,起着联系地球表层各圈层的纽带作用,在对地球不同圈层中元素进行再分配的同时,直接或间接的影响着全球气候,因此化学风化与各圈层相互作用研究已成为近年来全球变化和地球系统     

区域地球多圈层交互带调查探索研究

地球系统科学已成为国际地学研究的热点之一,也是目前解决复杂生态环境问题的主要途径。本文以冀东地区为例,将区域地质调查与地球多圈层交互带研究相结合,以1:5万水文地质调查为依托,构建出一套地球多圈层交互带生态地质调查与填图体系,为冀东地区农作物重金属离子超标、土地利用类型变化、矿山开采等一系列环境问题的解决提供地学建议。通过上述探索研究,提出区域地区地球多圈层交互带调查思路:以地球系统科学理论为指导,以区域生态环境问题为导向,通过开展地球多圈层交互带调查,完成地球多圈层交互带生态地质图,为生态环境问题的解决提供地学建议,为山水林田湖草海统一规划和管理提供科学依据。     

关键带中天然半导体矿物光电子的产生与作用

在地球上最不均匀和最复杂的区域——关键带这一极为复杂的开放系统中,矿物与微生物无时无刻不在发生着人们尚未充分认识到的自然作用。文中总结了作者十余年来在矿物与微生物交互作用研究领域,侧重在半导体矿物与微生物协同作用研究方向上所取得的研究成果,重点简述了自然界中半导体矿物特征、半导体矿物光电子特性、矿物光电子促进生命起源与演化、微生物利用矿物光电子——光电能微生物的发现以及土壤矿物光电子与微生物协同固碳作用等研究工作。矿物与微生物之间电子转移和能量流动是关键带中最为重要的动力机制之一,探讨关键带中大量存在的天然半导体矿物如何转化太阳能为化学能或者生物质能的微观作用,可为揭示关键带中多个圈层之间交互作用如何影响地球物质演化、生物进化与环境演变的宏观过程提供理论依据,充满着科学发现与理论突破的机遇。     

阐明壳幔物质架构和深部过程是解决重大资源战略问题的关键:评侯增谦和王涛论文《同位素填图与深部物质探测:揭示地壳三维架构与区域成矿规律》

从地球系统科学的观点来看,资源环境间题是地球内部层圈与外部圈层相互作用的产物.虽然资源环境问题主要表现在地球的浅表层,然而其推动力却来源于地球深部.地球深部过程、深部与浅部圈层的相互作用控制了地球浅部运动与变化.只有阐明了地球深部过程,即地球内部的物质组成、性质、运动演化过程及动力学,才能抓住资源环境问题的关键.     

绿帘石记录俯冲带变质流体活动

俯冲带是连接地球表生圈层和深部圈层的关键纽带,深刻影响着地球内部的运行方式和人类宜居环境。俯冲板片脱水释放的高压-超高压变质流体控制着俯冲带诸多重要地质过程,如地幔楔交代和部分熔融、岛弧岩浆活动、中/深源地震以及地球内部的元素迁移和分异等等。深入了解这些流体的源区、运移、成分和物理化学条件是理解这些流体性质和行为的前提和关键。绿帘石是俯冲带变质岩中一个常见的含水造岩矿物,具有较宽广的稳定温压范围(绿片岩相-榴辉岩相)、较高的微量元素含量和缓慢的体扩散行为(如Sr、Pb、Th、U、Cr、V和LREE),能够指示俯冲带(多期)变质流体活动和地球化学效应。本文总结了近年来俯冲带变质绿帘石研究的主要进展及其在揭示俯冲带流体活动方面的重要应用,包括探究俯冲带流体的起源、成分特征、运移方式、氧逸度条件、交代效应和多期次结晶行为。这些研究表明绿帘石是一个极好的变质流体活动记录器,能够为理解俯冲带流体活动和深部元素迁移提供关键信息。     

浅谈固体地球科学与地球系统科学

地球科学在20世纪的诸多进展中,对后来科学发展具有深远影响的基本认识之一是地球演化的行为具有整体性,其不同的圈层确实通过多种途径相互作用,且人类活动已成为地球演化的重要营力之一。这些认识导致地球系统科学思想的产生和发展,并使不同圈层相互作用的过程和机理、人与环境的相互作用研究成为21世纪基础科学研究的前沿。地球系统科学强调地球不同圈层、不同单元相互作用的整体性和关联性,因而科学研究必须从"整体地球系统"的视野出发,但研究过程又必须从关键区域入手。我国是地球系统科学研究的关键地区之一,未来研究应立足地域优势和特色,攻克全球性重大科学问题,解决社会对地球科学的知识需求。     

人类圈与全球变化

全球变化是国际科学界和各国政府密切关注的重大课题。由于它异常复杂,其中许多重大理论问题还有待探索。本文把全球变化与人类圈的研究联系起来,用人类圈与其它地球圈层关系的演变来解释当今的全球变化,主要讨论(1)全球系统与地球系统的联系与区别;(2)地球的最新圈层:人类圈;(3)当代全球变化的性质、原因和前景。     

地球内部流体运动与全球构造

把地球的形成和演化分成天文演化和地质演化两个阶段，地球表面温度达极大值为两个时段转换的标志。在天文演化阶段，地球从一个胚胎通过引力归并增长成行星地球，在此过程中形成了地球内部固核和核外岩浆流体，表层流体温度最高时为天文演化阶段的结束。在地质演化阶段，地球冷却形成了岩浆流体圈层外的地壳岩石圈。无论是在天文演化阶段的固核与岩浆圈层的动力系统，还是在地质演化阶段中固核、岩浆圈层和地壳组成的动力系统，由于系统内部热（动）力的耦合，始终发生着不同圈层间的角动量交换。借助年际时间尺度内对固体地球与大气角动量交换机制的认识，研究了地球不同演化时期内部圈层的角动量交换和作用过程，从而得到：天文演化结束时形成了两极的高位势面（古大陆）；地质演化初期，岩浆流体圈层与固核的角动量交换形成了流体相对固核的加快旋转，这一运动驱动了流体外地壳的分裂和漂移，北半球分裂的板块向东南漂移，南半球分裂的板块向东北漂移，这就是全球大陆漂移的方向性。随着大陆板块的漂移，岩浆流体辐合带的位置发生了变化。历史上这一辐合带曾位于地中海、青藏高原南边缘、斐济、加勒比海和地中海一线，沿这一辐合带现今两半球大陆面积相等。后来分裂的板块随岩浆流体又多次往复     

关键带土壤演化及其控制机制研究

地球关键带(简称关键带,Critical Zone)对维系地球生态系统功能和人类生存起着决定性作用。日益严重的水土流失和喀斯特石漠化等生态环境问题主要与人类活动引起的关键带土壤物质迁移和能量交换平衡破坏有关。当前关键带土壤演化研究主要集中在关键带土壤形成机制、成土速率及其控制因素、土壤地表和地下侵蚀速率及其控制因素,以及土壤演化的控制机制等方面。然而,针对不同地质、气候和人类活动区域的关键带土壤演化及其模型预测方面的对比研究还比较少。喀斯特地区是我国生态较为脆弱的地区之一,未来还需要重点针对喀斯特和非喀斯特关键带开展土壤演化及其模型预测的对比研究,为关键带形成、演化与维持机制研究提供理论基础,并为水土流失防治和生态恢复提供决策参考。     

关键带土壤演化及其控制机制研究北大核心CSCD

地球关键带(简称关键带,Critical Zone)对维系地球生态系统功能和人类生存起着决定性作用。日益严重的水土流失和喀斯特石漠化等生态环境问题主要与人类活动引起的关键带土壤物质迁移和能量交换平衡破坏有关。当前关键带土壤演化研究主要集中在关键带土壤形成机制、成土速率及其控制因素、土壤地表和地下侵蚀速率及其控制因素,以及土壤演化的控制机制等方面。然而,针对不同地质、气候和人类活动区域的关键带土壤演化及其模型预测方面的对比研究还比较少。喀斯特地区是我国生态较为脆弱的地区之一,未来还需要重点针对喀斯特和非喀斯特关键带开展土壤演化及其模型预测的对比研究,为关键带形成、演化与维持机制研究提供理论基础,并为水土流失防治和生态恢复提供决策参考。     

环境·灾害与地学

环境与灾害已成为中国社会经济发展的重大制约因素 ,保护环境、减轻灾害需要全社会的努力和科学支撑。环境与灾害的形成主要受两大因素控制 :一是自然变异 ,二是人类社会活动。地球在不停地运动着、变化着 ,致使人类、地球、环境发生日新月异的变化 ,并导致自然灾害的发生。从表面看 ,地圈的运动和变化导致地质环境的变迁和地震及地质灾害的产生 ;水圈的运动和变化导致水环境的变化和水灾害的发生 ;气圈的运动和变化导致气候环境的变化和气象灾害的发生 ;地球表层系统和生物圈的运动和变化导致生态环境的变化和生物灾害的发生。然而 ,从深层次看 ,由于地球是一个开放的自组织系统 ,各个圈层自身运动变化的同时 ,彼此也在发生着物质和能量的交流 ,各个圈层的运动与变化受控于全球运动与全球变化 ,并受太阳及其它天体运动和变化的影响。由此看来 ,地球各个圈层的环境与灾害的产生都不是孤立的现象 ,而是彼此相关 ,形成环境灾害系统 ,并作为地球系统的一个分支 ,属于全球变化的一个组成部分。基于这一认识 ,环境与灾害应当是地学研究的新命题。     

开展中国大陆水圈演化研究，保护人类生存环境

中国大陆水圈是地球水圈的重要组成部分。青藏高原的阶段性急剧隆起和全新世以来的持续上升，控制着中国大陆水圈的自然演化方向和速率。中国大陆水圈演化在研究地球陆地水圈方面有其特殊意义。近几十年来，随着国民经济建设的发展及人类工程技术活动的加强，导致地表河流流量及入海水量减少、地下水位大面积下降和地面沉降、地表水和地下水水质恶化、海水入侵地下水含水层等等，这些都积极地改变着中国大陆水圈的自然状态，从而影响人类的生存环境。因此，开展中国大陆水圈演化研究──中国大陆水圈量与质的演化过程、中国大陆水圈与其它圈层间的相互作用、人类社会经济活动对中国大陆水圈演化影响与反馈、水环境演化趋势及资源环境效应预测等，不仅是我国地球科学与国际研究接轨的需要，也是保护人类生存环境最基本的重大课题。     

壳─幔相互作用的有关问题

现代地质正从地表向空间．从地球浅部向深部发展。壳幔的相互作用制约着地球的演化及岩石圈的各种作用．幔壳、核之间的界面可能主要是化学界面。壳、幔、核内部的界面可能主要是物理界面。在影响岩石圈地球动力学的诸多因素中．岩石圈的组成与地温状况是起决定作用的因素．造山带所记录的地球内部动力机制及其对外部圈层作用的演化历史可以为建立地球系统演化理论和全球动力学理论提供重要资料．     

地壳和地幔分界面性质的评述

直到本世纪初,人们才认识到地球有几个圈层。根据卅年代布伦(K.E.Bullen)的计算和划分,地球可以粗略地分为三个圈层。其最外部是地壳,最内是地核,两者之间是地幔。此三圈层之间各有一分界面。本文只论述地壳和地幔之间的分界面,以下简称“分界面”。     

沉积物不同赋存态水氢同位素组成:化学风化新指标?

<正>新生代青藏高原的隆升导致了东亚地理格局的改变,形成了从大陆中央隆升区向周围辐射的亚洲主要水系,也导致亚洲季风系统在早中新世形成,又在约8Ma与约3Ma时强化(汪品先,2005),使得大陆流域内风化模式、风化程度、剥蚀速率等发生不同程度的改变,影响着全球大洋化学通量变化。化学风化作为地球表层生物地球化学循环的关键过程,起着联系地球表层各圈层的纽带作用,在对地球不同圈层中的元素进行再分配的同时(Lupker,et al.,2012),直接或间接地影响全球气候。因此,化学风化与各圈层相互     

地球的多圈层相互作用

地球科学的发展已逐渐进入对地球进行多圈层相互作用研究的新阶段。如大气中温室气体浓度剧变的天然原因何在 ;海水缺氧、厄尔尼诺和成烃极盛期由什么引起 ;什么因素导致生物的俱生与俱灭等人类社会和地学发展所需解决的一些难题 ,只有开展地球多圈层相互作用研究才能深入解决。在白垩纪中期发生了一系列相互关联的地学现象 ,可以作为研究地球多圈层相互作用和地球系统科学的切入口。     

克拉通、下地壳与大陆岩石圈——庆贺沈其韩先生百年华诞

把克拉通、下地壳和大陆岩石圈这几个重要的地质名词放在一起做文章的标题,其实只是想强调一个事情,即陆壳形成和稳定化的结果是形成大陆岩石圈.大陆岩石圈是地球圈层的基本单元,是现代板块构造运动的核心构件和核心载体.忽视大陆岩石圈,要讨论地球上大陆与大洋、地壳与地幔、地球的深部圈层与外部圈层、内部圈层间相互作用以及物质与能量的...     

地球关键带的研究进展

地球关键带(Earth Critical Zone)由美国国家研究理事会于2001年正式提出以来,倍受关注,取得了重要研究进展。总结分析了美国、德国、澳大利亚、法国和中国等国家,以及欧盟等相关国际组织相继开展和部署的地球关键带研究项目及相关研究计划、主要科学问题、未来发展方向等,并结合我国研究现状,提出我国应加强地球关键带结构、形成与演化机制,地球关键带物质迁移转化与多过程耦合作用机制,地球关键带服务功能、演化特点及其对可持续发展的支撑和影响,地球关键带过程及系统的模型模拟4个方面研究,通过积极与国际科技发达国家开展合作和交流,提高国际大型计划的参与度。