运用228Ra-NO-3法测定南沙海域的新生产力

运用MnO₂纤维富集-²²⁸Ac b计数法测定了南沙海域两个测站3个时间点水柱的²²⁸Ra比活度, 得其值介于0.38至 3.60 Bq×m^-3. 发现²²⁸Ra的分布能满足稳态条件. 采用一维稳态模型, 以²²⁸Ra-NO^- ₃法测得测站NS97-43, NS99-53(T₁)和NS99-53(T₂)的新生产力分别为4.4, 5.1和5.7 mmolC·m^-2·d^-1. 结合初级生产力的文献报道值, 计算得南沙海域的f比介于0.12~0.15.     

太平洋Fe-Mn结壳He, Ne, Ar同位素特征与来源

对太平洋海山Fe-Mn结壳最表层样品的稀有气体同位素丰度与组成测定发现, Fe-Mn结壳稀有气体存在如下特征: ① He, Ar同位素丰度与组成存在明显的分组现象, 分别命名为低³He/⁴He型和高³He/⁴He型; ②低³He/⁴He型样品⁴He丰度高(平均为191×10^-9 cm³·STP·g^-1), ⁴He, ²⁰Ne和⁴⁰Ar丰度变化范围大(分别为42.8×10^-9~421×10^-9, 5.40×10^-9~141×10^-9和773×10^-9~ 10976×10^-9 cm³·STP·g^-1); 高³He/⁴He型样品⁴He丰度低(平均为11.7×10^-9 cm³·STP·g^-1), ⁴He, ²⁰Ne和⁴⁰Ar丰度变化范围小(分别为7.57×10^-9~17.4×10^-9, 10.4×10^-9~25.5×10^-9和5354×10^-9~9050×10^-9 cm³·STP·g^-1); ③低³He/⁴He型样品³He/⁴He比值(R/R_A=2.04~2.92)远低于MORB值(R/R_A=8±1), ⁴⁰Ar/³⁶Ar比值(447~543)明显较大气值(295.5)高; 高³He/⁴He型样品³He/⁴He比值(R/R_A=10.4~12.0)略高于MORB值(R/R_A=8±1), ⁴⁰Ar/³⁶Ar比值(293~299)接近大气值; ④所有样品的Ne同位素组成(²⁰Ne/²²Ne和²¹Ne/²²Ne比值分别为10.3~10.9和0.02774~0.03039)与³⁸Ar/³⁶Ar比值(0.1886~0.1963)变化都很小, 无明显分组, 且与大气相应值(³⁸Ar/³⁶Ar, ²⁰Ne/²²Ne, ²¹Ne/²²Ne比值分别为0.187, 9.80和0.029)接近. 样品的稀有气体组成与区域不均一性表明, 稀有气体主要来自下地幔, 低³He/⁴He型与高³He/⁴He型样品的稀有气体同位素组成分别类似于HIMU型和EM型富集地幔特征. 具有HIMU型稀有气体同位素组成特征的低³He/⁴He型结壳产出于麦哲伦海山、马尔库斯-威克海岭、马绍尔海山链和中太平洋海山, 具有EM型稀有气体同位素组成特征的高³He/⁴He型结壳产出于莱恩群岛海山链, 可能暗示了麦哲伦海山、马尔库斯-威克海岭、马绍尔海山链和中太平洋海山起源于HIMU型下地幔源区, 莱恩群岛海山链起源于EM型下地幔源区, 这与海山基底玄武岩研究得到的结果相吻合. 源区性质的差异是Fe-Mn结壳稀有气体明显分组的根本原因, 地幔脱气作用使得样品的稀有气体核素丰度同步降低, 而源区放射性成因核素的积累对Fe-Mn结壳稀有气体核素丰度和同位素比值的影响甚微.     

青藏高原北部马兰冰芯记录的近千年来气候环境变化

根据青藏高原北部可可西里马兰冰芯记录, 重建了该地区1129A.D.以来的气候环境变化. 马兰冰芯中δ¹⁸O记录表明, 近千年来该地区暖季气温呈上升趋势, 20世纪升温在其自然变化范围之内, “中世纪暖期”和“小冰期”在该冰芯记录中均有表现. 在该冰芯记录时段内, 最暖的世纪是17世纪, 最暖的年代是1610 s. 马兰冰芯中污化层厚度比率是沙尘天气发生频率的良好指标, 据此建立了该地区近870 a来沙尘天气发生频率的变化过程, 并发现该冰芯记录的沙尘天气发生频率变化与气温变化之间在10¹~10² a时间尺度上存在显著的负相关关系. 通过对青藏高原北部相关冰芯、树轮等记录的综合分析, 揭示出温湿气候时期沙尘天气发生频率较低, 而冷干气候时期沙尘天气发生频率较高. 近200 a来沙尘天气发生频率呈现明显减少趋势.     

用垂直高分辨率探空资料分析北京上空下平流层重力波的统计特性

根据北京市观象台新一代无线电探空垂直高分辨率资料研究北京地区下平流层(17~24 km)惯性重力波活动的季节变化特征. 根据风速以及温度之间的偏振关系来分析重力波的一些重要参数. 结果表明: 1) 波动能量有明显的季节变化, 夏季弱(动能3.5 J/kg, 潜能1.8 J/kg), 冬季强(动能10.6 J/kg, 潜能3.6 J/kg), 全年的动能与潜能比的平均值为2.6; 纬向与经向扰动速度之均方根大小基本一致, 表明下平流层重力波能量在水平方向上是各向同性的. 2) 垂直波长主要集中在1.5~3 km之间, 占所有样本的80%以上, 平均值大致为2.3 km; 水平波长主要集中在100~800 km之间, 平均值为445 km左右; 水平波长与垂直波长之比大约200︰1. 3) 在拟合偏振椭圆前, 采用带通滤波保留垂直波长在1.5~3 km之间的波, 估计得到的固有频率主要集中在1f~3.5f之间(f为科氏参数), 平均值为2f, 相当于周期9 h左右. 4) 重力波能量主要向上传播, 上传重力波出现频率在90%以上; 水平传播方向有一定的不均匀性, 但不是很强, 主要方向为西北方向.     

慕士塔格夏季近地表大气CO2及H2O含量变化

对帕米尔高原慕士塔格地区海拔4500 m第四纪冰川作用区夏季近地表大气CO₂及H₂O的含量进行了连续两年的观测, 结果表明自6月底至8月中旬大气CO₂含量整体呈轻微的下降趋势, 下降幅度约5 μmol·mol^-1, 并且具有明显的日变化周期. 该区近地表大气CO₂日最高含量出现在当地时间2:30~5:30 am, 最低浓度发生于12:30~15:30 pm. 对比2002年与2003年的观测结果, 可以发现2002年夏季该区近地表大气CO₂日平均含量整体较2003年低5 μmol·mol^-1, 而且, 2002年CO₂含量日变化幅度更大. 考察大气H₂O与CO₂含量变化的关系, 发现二者有很好的负相关. 上述现象揭示慕士塔格第四纪冰川作用区近地表大气CO₂含量的变化不仅受植物光合作用的影响, 同时大气中H₂O的含量在控制CO₂含量方面起重要作用.     

北京东灵山三种温带森林生态系统的碳循环

通过对北京山地白桦林、辽东栎林和油松林的植被、地表凋落物和土壤碳储量, 生物量净增量和凋落物量, 以及植被和土壤呼吸的实际观测, 构建了北京山地三种温带森林生态系统的碳循环模式. 结果表明, 北京山地温带森林总碳密度在250~300 t C·hm^-2之间, 其中植被碳密度为35~54 t C·hm^-2, 土壤碳密度(深度为1 m, 包括地表凋落物)为209~244 t C·hm^-2. 三种森林的植被生物量都处于增加之中, 净增量为1.33~3.55 t C·hm^-2·a^-1. 凋落物量为1.63~2.34 t C·hm^-2·a^-1, 群落植被呼吸量为2.19~6.93 t C·hm^-2·a^-1, 土壤异养呼吸量为1.81~3.49 t C·hm^-2·a^-1. 生态系统的总初级生产力介于5.39~12.82 t C·hm^-2·a^-1之间, 其中约一半(46%~59%)转变为净初级生产力(3.20~5.89 t C·hm^-2·a^-1). 碳平衡分析表明, 在研究时段(1992~ 1994)内, 人工油松林是一个较大的碳汇(4.08 t C·hm^-2·a^-1), 而次生的白桦林和辽东栎林与大气之间的CO₂交换基本处于平衡状态.     

东亚季风95~56 ka BP期间D/O事件年代的精确

据中国湖北神农架山宝洞内两根石笋的 23个U/Th年龄和532个δ ¹⁸O测试数据, 建立了末次冰期95~56 ka BP时段平均分辨率为80 a的石笋δ ¹⁸时间序列. 该记录可与南京葫芦洞δ ¹⁸O记录作良好拼接, 从而完整地揭示95 ka BP以来东亚夏季风环流千年尺度气候变化特征, 其变化趋势与65°N太阳辐射曲线类似. 与格陵兰冰芯δ ¹⁸O记录的Dansgaard/Oeschger (D/O)1-22事件对比表明, 东亚夏季风千年尺度气候振荡与高北纬地区海-气快速重组存在遥相关效应. 石笋记录对D/O 事件的精确标定有可能进一步校正格陵兰冰芯时标. 研究时段石笋记录的D/O事件与格陵兰North GRIP和GISP2冰芯时标存在不同程度的差别, 其中D/O19-20两个事件的年龄偏差远超出铀系定年误差(±0.6ka). D/O19-20晚于North GRIP时标1~2 ka, 而早于GISP2时标3~4 ka. 与南半球巴西石笋δ ¹⁸O记录对比表明, 南北半球降水的D/O事件存在反相位关系, 支持千年尺度海-气耦合的跷跷板(“See-saw”)模式.     

黄土风化过程的硼同位素地球化学研究

采用低硼高杂质离子样品硼同位素分析方法测定了黄土、古土壤样品中酸溶相硼含量及硼同位素组成. 洛川黄土S₀~S₂剖面酸溶相硼含量变化范围为(0.8 ~ 2.7)×10^-6, 其δ¹¹B值在-1.8 ~ +18.6‰之间变化, 多集中在0 ~ +10‰之间. 古土壤层的硼含量及δ¹¹B高于黄土层, 尤以S₁表现最显著. 引起剖面上酸溶相硼含量及δ¹¹B值变化的主要原因是化学风化作用和粘土吸附作用强度的变化. 气候条件变化所引起的风化作用强度的变化可能是酸溶相硼含量及δ¹¹B值发生变化的原因.     

滇西北金顶和白秧坪矿床: 地质和He, Ne, Xe同位素组成及成矿时代

金顶及其外围新发现的白秧坪矿床令人关注, 它们产在兰坪中新生代陆相碎屑沉积盆地内, 这易使人把它们与以沉积岩为主岩铅锌矿床对比. 但盆地处在大陆地壳强烈运动背景下, 能够有效沟通下地壳和上地幔, 矿体受构造控制, 没有同生沉积成矿事实, 也许代表了以沉积岩为主岩铅锌矿床新类型. 大规模成矿主阶段流体的惰性气体同位素组成及演化显示成矿流体中混有2%~32%的地幔He(³He/⁴He = 0.19~1.97 Ra), 50.1%的地幔Ne(²⁰Ne/²²Ne=10.45~10.83, ²¹Ne/²²Ne = 0.03)以及显著的地幔Xe (¹²⁹Xe/¹³⁰Xe = 5.84~6.86, ¹³⁴Xe/¹³⁰Xe = 2.26~2.71), 地幔流体具有重要成矿意义. Re-Os法和⁴⁰Ar-³⁹Ar法测定成矿时代是67~60 Ma, 晚于矿化主岩, 与喜马拉雅期幔源和壳幔源碱性岩浆活动开始的时间一致. 地幔流体或随岩浆活动或沿穿壳断裂系统上至地壳并与大气成因盆地卤水混合是大规模成矿基本方式.     

生态环境需水量评估方法与例证

首先评价了生态环境需水量概念内涵, 包括概念的界定、生态环境水的组成结构和需水特点. 在此基础上, 提出了生态环境需水量分级和计算方法. 以黄淮海地区为研究实例, 估算了研究区生态环境现状用水量、最小需水量、适宜需水量, 并计算了相应的缺水量. 然后根据相关的规划, 对未来的水平年2010年, 2030年和2050年生态环境需水量进行了预测. 结果显示, 随着功能设定的不同, 水资源参照平台的差异, 最小和适宜生态环境需水量不同, 相应的缺水量也会产生差异. 研究表明, 黄淮海地区最小生态环境需水范围在2.84×10¹⁰~1.02×10¹¹ m³, 适宜需水量范围在6.45×10¹⁰~1.78×10¹¹ m³, 最小需水时的缺水量范围为9.1×10⁹~2.16×10¹⁰ m³之间, 适宜需水时的缺水量范围为3.07×10¹⁰~7.53×10¹⁰ m³之间. 通过不同的缺水量数值, 可以安排配水的优先性. 三个预测年的生态环境需水量范围分别为4.49×10¹⁰~1.73×10¹¹ m³, 5.99×10¹⁰~2.09×10¹¹ m³和7.44×10¹⁰~2.52×10¹¹ m³.     

中国热浪事件的大气扰动结构及其稳定性分析

利用对流层至平流层大气变量的物理分解,本文发现400 hPa上的天气尺度温度扰动正值和250 hPa上的天气尺度高度扰动正值能够指示地面上的高温和热浪事件.理论和观测分析发现,当扰动静止波中心出现在40°N-45°N时,准静止波波长较长,影响范围大,持续时间久,容易在中国形成区域持续性热浪事件.在江南-华南、长江沿江及河套-华北的区域,干热浪事件静止波的稳定时间在6.5天以上.对流层大气天气尺度扰动波动在垂直方向具有倾斜特征,250 hPa高度上,静止波稳定位置比地面热浪区域中心普遍偏北6~12个纬距.在低纬度(副热带高压带南侧),大气中向西北方向移动的天气尺度扰动,只有到达副高脊线以北的西风带后,才能形成静止波.     

西藏泽当英云闪长岩的地球化学和Sr-Nd同位素特征: 特提斯洋内俯冲的新证据

对雅鲁藏布江缝合带泽当段岛弧火成岩组合中英云闪长岩的分析表明, 该岩石具有与典型埃达克岩相似的特征: 高SiO₂(58%~63%), Al₂O₃(18.4%~22.4%), Sr(810×10^-6~940×10^-6), Sr/Y(77~106), 低HREE(Y=9×10^-6~11×10^-6, Yb＝1×10^-6~1.3×10^-6), 富集LREE, 并有微弱的Eu正异常. I_Sr(0.70421~0.70487)较低, 而¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd (0.512896~0.512929)和εNd(t)值(+6.7~+7.3)较高. 以上特征表明, 泽当英云闪长岩是由洋壳俯冲到一定深度后部分熔融而成, 熔融过程中可能卷入了少量大洋沉积物. 这套俯冲洋壳成因的埃达克岩的厘定, 指示中生代时特提斯洋开始发生洋内俯冲, 印证了前人所提出的洋内岛弧的存在.     

中国北方黄土区C-3草本植物碳同位素组成研究

对生长在我国北方黄土区的367个C-3草本植物样品进行了碳同位素分析, 结果表明我国北方黄土区C-3草本植物δ ¹³C值分布区间为-21.7‰ ~ -30.0‰, 平均值为-26.7‰; 黄土高原中部半湿润区的C-3草本植物δ ¹³C值分布集中, 在-24.4‰ ~ -28.5‰之间, 平均值为-27.5‰; 而黄土高原西部边缘的半干旱-干旱气候区的C-3植物δ ¹³C值变化范围在-21.7‰ ~ -30.0‰, 平均值为-26.2‰; C-3植物的δ ¹³C值在黄土高原中部的半湿润气候区比黄土高原西部边缘半干旱-干旱气候区显著偏轻. 年降雨量是造成这种显著偏轻的主要原因, C-3植物的碳同位素组成随着年降雨量的减少而变重, 在我国北方黄土区年降雨量每增加100 mm, C-3植被 δ ¹³C平均值将偏负约0.49‰左右.     

华北北部下地壳的流变学特征——河北汉诺坝下地壳包体提供的信息

由玄武岩浆快速带到地表的下地壳包体可以提供有关下地壳的直接信息. 通过对华北汉诺坝玄武岩中下地壳麻粒岩相包体的详细研究探讨该地区下地壳的流变学特征. 采用适宜于麻粒岩包体的温压计计算其平衡温度和压力: 平衡温度在750~900℃之间, 平衡压力在0.8~1.2 GPa之间, 对应的来源深度为28~42 km之间. 这些数据补充和完善了原先所建立的下地壳-上地幔地温线. 采用动态重结晶颗粒粒度应力计计算出包体在下地壳条件下发生变形时的差异应力为14~20 MPa. 在综合对比了当前常用的下地壳岩石高温流变律, 认为Wilks等(1990)提出的麻粒岩流变律符合本区下地壳包体的流变特征, 由此计算的下地壳应变速率为10^-13~10^-11 s^-1, 高于该区上地幔的应变速率(10^-17~10^-13 s^-1); 其对应的等效黏滞度为10¹⁷~10¹⁹ Pa·s, 低于上地幔的等效黏滞度. 由所获数据做出的研究区下地壳流变学剖面表明, 差异应力随深度而变化的趋势不明显, 随深度增加应变速率变大而等效黏滞度变小. 研究结果支持软弱下地壳的观点.     

南京葫芦洞石笋δ13C对冰期气候的复杂响应与诊断

文中重建了南京葫芦洞内距今75~10 ka期间7支石笋δ¹³C的时间变化序列, δ¹³C曲线在重叠时段均具有一致性波动形式. 在最后一个冰期/间冰期旋回, δ¹³C值变化幅度达6‰, 反映了C3/C4植被类型变化对δ¹³C的主控作用. 然而, 在末次冰期格陵兰冰心记录的DO暖事件时(千年尺度), δ¹³C与指示降水变化的δ¹⁸O呈反相关, 主要反映了快速渗水条件下洞穴岩溶水对土壤CO₂溶解量的降低. 据同期生长石笋δ¹³C和δ¹⁸O对比分析, 石笋碳同位素动力分馏程度与生长速率有关. 进一步研究发现, 本区末次冰消期植被类型变化滞后于降水变化约700年.     

双变参数标量纵波方程正演模拟方法

常见弹性波动理论的建立是基于介质均匀这一基本假设,实际介质的非均匀性非常普遍.为研究连续介质中波的传播特征,本文从弹性力学中建立弹性波动方程的三个基本方程出发,考虑连续介质弹性参数的空变特征,建立非均匀介质的弹性波动方程,利用Alkhalifah声学近似思想建立位移表征的纵波波动方程,利用本征值问题求解方法建立标量波频率-波数域传播算子,从而建立描述纵波传播的标量波方程,其中波函数为纵波位移的散度,不同于均匀介质标量波方程的波函数为位移势.随后推导含PML边界波动方程差分格式并建立不同模型数值模拟进行数值试算,与均匀假设标量波方程和变密度方程对比证明本方法的准确性和稳定性.     

两次强雷暴系统中雷电的人工引发及其特征放电参量的测量与估算

中纬度地区的雷电灾害常由过境的强雷暴系统引起, 但是自然雷电放电电流的直接测量十分困难. 2005年夏季在两次强雷暴系统过境期间, 利用火箭拖带金属导线的人工引发雷电技术, 成功引发雷电5次, 并在放电通道底部测量到了完整的1 μs时间分辨率的雷电电流波形以及距雷电通道水平距离为60和550 m处的同步地面电场变化资料. 研究表明, 5次人工引发雷电都包含有1~10次不等的大电流回击放电过程, 电流峰值平均为11.9 kA, 变化范围为6.6~21.0 kA, 与自然雷电继后回击电流峰值基本一致. 回击电流波形的半峰值宽度为39 μs, 较通常结果要大. 回击电流峰值I_P(单位: kA)和中和的电荷量Q(单位: C)之间满足关系式: I_P=18.5 Q^0.65. 在60和550 m处, 回击引起的微秒量级辐射场变化分别为5.9和0.39 kV/m, 随水平距离r(m)的增加回击辐射场以r^−1.119的规律衰减. 根据传输线电流模式, 估算的回击速度为1.4×10⁸ m/s, 变化范围为(1.1~1.6)×10⁸ m/s. 由于人工引发雷电放电过程与自然雷电的相似性, 所得到的结果可应用于自然雷电灾害的防护设计中.     

在-170℃盐溶液阴离子拉曼特征及浓度定量分析

在-170℃条件下拉曼光谱仪测试盐水溶液的实验表明, 拉曼光谱中位移波数很近的阴离子如 和 拉曼峰峰尖清晰且通过剥离技术可恢复拉曼峰原形, 冰的特征峰(3090~3109 cm^-1)尖锐稳定, 单个阴离子Cl^-与水络合成的稳定络合基团(nCl^--[H⁺-OH^-]n)的拉曼特征峰拉曼位移是3401~3413 cm^-1. 实验同时表明随着阴离子浓度的增大, 阴离子拉曼特征峰强度增强, 而冰的拉曼特征峰强度减弱. 根据大量的实验数据, 总结出了在-170℃条件下阴离子拉曼峰半高峰面积与冰拉曼峰半高峰面积比值(Si/ )和阴离子摩尔浓度的相关性曲线模板. 这一实验成果和模板在塔里木盆地志留系砂岩成岩流体包裹体成份分析中得到了成功的应用.     

中国西南地区降水中氧稳定同位素比率与相关气象要素之间关系的研究

分析了中国西南地区降水中稳定同位素比率与不同高度的温度、气压、湿度的关系以及影响该地区降水中稳定同位素比率的因子. 在天气尺度下, 蒙自、思茅、腾冲降水中δ ¹⁸O与取样时的降水量、水汽压、大气水汽总量均存在显著的负相关关系; 与各标准层(400, 500, 700, 850 hPa)的日平均温度存在显著的负相关关系, 这个结果与中高纬度内陆区存在的显著温度效应不同. 另外发现, 降水中δ ¹⁸O与各标准层大气的温度露点差ΔT_d存在显著的正相关关系. 在年尺度下, 昆明站的年加权平均δ ¹⁸O不仅与年降水量存在一定程度的负相关关系, 并且与500 hPa的年平均温度存在显著的负相关关系. 在夏季风异常强盛的年份, 更多来自低纬度海洋的暖湿空气通过中国的西南水汽通道向北输送, 并在沿途形成异常的强降水. 异常强的凝结过程将释放更多的凝结潜热加热大气, 使降水时的大气温度升高. 伴随降水量的增加, 降水中δ ¹⁸O的降低; 反之, 在夏季风异常弱的年份, 降水量小, 降水时的大气温度较低, 因此, 降水中的δ ¹⁸O较高.     

鞍山-本溪地区条带状硅铁建造的硫同位素非质量分馏对太古代大气氧水平和硫循环的制约

目前人们对地球早期大气氧浓度和硫循环还存在不同的认识. 条带状硅铁建造(BIFs)是地球早期特有的沉积建造类型, 真实地记录了当时大气和海洋的状态. 测定了辽宁鞍山-本溪地区太古代(~2.7 Ga)条带状硅铁建造(BIFs)中硫化物的多硫同位素组成(δ³⁴S/δ³³S/δ³²S). △³³S = -0.89‰ ~ +1.21‰, 非质量分馏明显. 这种非零△³³S值意味着太古代硫同位素循环与现在不同, 气相光化学反应发挥了重要作用. 与火山活动关系密切的Algoma型硅铁建造具有负的△³³S值, 而远离火山活动中心的Superior型硅铁建造具有正的△³³S值. δ³⁴S的变化范围很大, -22.0‰ ~ +11.8‰, 指示当时海水硫酸盐的细菌还原活动已经存在, 海水硫酸盐的浓度至少在局部地区已达1 mmol/L. 结合在条带状硅铁建造中同时出现的赤铁矿、磁铁矿和硫同位素非质量分馏产生和保存条件, 推测太古代大气氧水平相当于现代大气氧水平的10^-2~10^-3.