水、铁组分对橄榄石性质的第一性原理模拟研究

为了了解含水含铁橄榄石在地球深部的物性变化特征,探讨深部低速层的成因和地球内部结构,应用基于密度泛函数理论(DFT)第一性原理模拟方法,系统的计算了高压下,水和铁组分对橄榄石及其高压多形相(瓦兹利石(wadsleyite,β-相橄榄石)和林武德石(γ-橄榄石,ringwoodite))弹性、体积、相变等物性的影响.     

俯冲带及转换带中含水硅酸盐矿物的晶体结构和状态方程

地幔深部的矿物具有显著的含水能力,含水量从几十到几万ppm(part per million)不等.由于地幔体积巨大,地球深部的水可能远大于地表水的总量.研究水在地幔矿物岩石晶体中的赋存机制及其影响是目前矿物学和地球物理学界的研究热点之一.一方面,俯冲板块向下运动,其中的蛇纹石在高温下分解,产生一系列的高含水硅酸盐矿物(如相A、粒硅镁石和斜硅镁石),这些矿物是潜在的"搬运工",将水进一步带入地幔深部,乃至转换带中;另一方面,橄榄石在转换带中的高压相(瓦兹利石和林伍德石)具有较高的储水能力,使得转换带成为了地球深部最重要的储水层,并且水也对地幔转换带的物理化学性质产生了显著影响.本文主要讨论以下两方面内容:(1)含水的硅酸盐矿物晶体结构,为微观上认识地球深部水的赋存机制和循环过程提供实验依据;(2)水对硅酸盐矿物热力学状态方程的影响,为约束地球动力学过程以及水的影响提供重要参数.     

1600 K和20 GP温压条件下的顽火辉石电导率

在温度750～1600 K和压力10～20 GPa条件下,借助于Kawai-5000多面顶砧高温高压设备,就位测量了(Mg_0.9Fe_0.1) SiO₃ 顽火辉石的电导率.实验结果显示,顽火辉石的电导率在高温区以小极化子机制为主,在低温区以质子导电为主,因为实验后的样品中有一定的水含量.另外,X射线衍射实验表明压力（20 GPa）诱发了顽火辉石向林伍德石的相变,这是我们首次在顽火辉石的电导率实验中观测到林伍德石含水相变,而且含水林伍德石的电导率与已有的实验结果相当一致.     

隐钾锰矿40Ar/39Ar定年及锰矿脉生长速率:以云南巴夜次生氧化锰矿为例

对氧化锰矿床的年代学研究不仅可以直接限定锰矿床次生富集成矿的时间及锰氧化物的生长速率,而且可为区域构造隆升、地貌形成过程和古气候演变等重大地质事件提供关键的年代学信息.本文报道云贵高原典型次生氧化锰矿-巴夜锰矿的高精度40Ar/39Ar定年数据,并根据40Ar/39Ar年龄计算了锰矿脉的生长速率.研究对象选自两条氧化锰矿脉(脉宽3～6cm),其中A脉与含锰岩系即中元古界锰铝榴石片岩的片理平行,产状平缓,而B脉则与锰铝榴石片岩的片理垂直,产状近于直立.矿相学观察、粉晶X-射线衍射、扫描电子显微镜-能谱分析和电子探针成分分析结果表明,上述两条矿脉均主要由隐钾锰矿组成,矿物结晶程度较高,具有针状和纤维状的良好晶形,K2O含量为0.96%～4.70%.激光阶段加热40Ar/39Ar同位素分析结果表明,A脉的形成时间为(1.35±0.05)～(1.16±0.04)Ma(坪年龄,2σ;n=14);根据样品的空间分布和坪年龄计算出其生长速率为115～153mm/Ma.B脉的年龄略微年轻,介于(1.23±0.05)～(1.01±0.09)Ma(坪年龄,2σ;n=7),计算的生长速率为34～67mm/Ma.A脉和B脉生长速率的差异反映氧化锰矿的生长与流体体系的压力大小有关.世界上其他地区氧化锰矿中锰结核的生长速率一般为0.3～9mm/Ma,比巴夜矿区氧化锰矿脉的生长速率低1～2个数量级,说明氧化锰矿的生长机制是控制其生长速率的重要因素:巴夜矿区的氧化锰矿脉由风化溶液中四价锰离子的直接沉淀而形成并充填在裂隙中,矿脉自脉壁向中心生长,而其他地区用于生长速率计算的样品均为环带状锰结核,受控于氧化锰的自催化氧化作用或锰-铁氧化物之间的催化氧化,锰氧化物自结核中心向外生长.隐钾锰矿的40Ar/39Ar定年结果还表明,更新世时期云贵高原以温暖潮湿的古气候为主,并经历了显著的构造抬升.     

钙钛矿蠕变对俯冲带震源深度极限的约束

本文利用林伍德石、钙钛矿两种矿物在不同差应力下随温度变化的蠕变曲线,通过约束温度条件和板块俯冲引起的弹性应变率,得到了俯冲带670 km深度可能的应力范围. 结果显示,在俯冲带670 km深度基于林伍德石蠕变得到应力大小可能超过100 MPa,而相变为钙钛矿后仅为0.1~10 MPa. 通过分析认为钙钛矿的Si扩散引起的快速应变率使得670 km更深深度的俯冲带无法支持较大的应力,可能是下地幔地震终止的原因,而不需要考虑亚稳态相变导致反裂隙断层的消失或林伍德石分解后超塑性等影响.     

活塞-圆桶式固体介质高温高压实验容器的压力标定方法

固体介质压力标定一般分为2方面。其一是轴压标定,最有效的方法是轴压活塞反复前进和后退,根据活塞循环来获得摩擦力的大小,其中有2个关键环节:1)活塞和样品接触点的确定;2)动摩擦力的确定。其二是围压标定,最有效的方法是利用矿物相变,适用于固体压机压力标定的相变有:石英-柯石英相变、钠长石-硬玉+石英相变,其适合温压范围分别为:500~1200℃、2.5~3.2GPa,600~1200℃、1.6~3.2GPa。我们对2GPa固体介质高温高压实验设备进行了轴压标定,在不同温度、围压、活塞速率等条件下进行了实验,结果表明:围压、温度、活塞运动速率等因素都对动摩擦力有不同程度的影响。因此,轴压标定应该针对不同的实验条件分别进行     

三峡水库澎溪河典型优势藻原位生长速率的初步研究

本文提出了两种原位培养装置(培养笼、培养桶)并采用这两种装置在澎溪河高阳平湖断面进行原位培养实验,旨在研究澎溪河典型优势藻的原位生长速率.研究期间主要生境特征为营养物丰足、光热条件优越、生境条件相对稳定,适宜于藻类生长,为水华形成的敏感期;在此期间代表CR型生长策略的湖北小环藻和兼具C、R、S生长策略的卵形隐藻的原位生长速率总体呈逐渐下降趋势,代表CS型生长策略的水华鱼腥藻和空球藻的原位生长速率则先增加后又有所下降,代表S型生长策略的铜绿微囊藻的原位生长速率虽然前期都为负,但总体呈现逐渐增加的趋势;并测得培养笼和培养桶中各藻种的最大比生长速率分别为湖北小环藻0.31、0.21 d-1;铜绿微囊藻0.09、0.03 d-1;空球藻0.16、0.42 d-1;水华鱼腥藻0.30、0.26 d-1;卵形隐藻0.49、0.95 d-1.本研究中,不同生长策略藻种生长速率的变化在一定程度上体现了不同生长策略藻种的生长趋势.另外,就装置性能实验及原位培养实验结果综合分析,认为两种原位培养装置均能够满足对天然水域藻类原位生长速率的测试要求,但装置的构造对藻类实际生长过程仍存在一定影响.     

梭梭幼苗生长动态及其对沙漠腹地生境条件的适应策略

通过对塔克拉玛干沙漠腹地梭梭幼苗不同生长阶段地上/地下生长指标的测定,结果显示在生长季持续旱化的生境中,幼苗的生长在时间和空间上表现出不同的适应特点.5月、7月、9月和10月,垂直根的生长速率分别为0.607 cm/d,0.809 cm/d,0.155 cm/d和0.394 cm/d;株高的生长速率分别为0.093 cm/d,0.076 cm/d,0.408 cm/d和0.136 cm/d,说明幼苗根系在空间上具有生长速度的优势.幼苗垂直根和水平根的最大生长速率出现时间均早于地上株高和新枝的最大生长速率所出现的时间.不同时期垂直根增长速率和水平根增长速率分别是株高增长速率和新枝增长速率的2～10倍和3～5倍.整个生长季中幼苗地上/地下生物指标的生长速率呈现出此消彼长相互交替的生长趋势,同时幼苗根冠比在不同时期分别为0.41,0.3,0.39和0.88.这些特性是梭梭幼苗适应持续旱化生境生长策略选择的综合表现.     

三峡水库不同运行阶段澎溪河典型优势藻原位生长速率

在澎溪河高阳平湖半封闭库湾对不同生长策略的5种代表性藻种进行原位培养实验,初步探讨三峡水库不同运行阶段藻类原位生长速率和主要影响因素.结果表明,低水位时期,CR型生长策略的湖北小环藻(Cyclotella hubeiana)和兼具C、R、S型生长策略的卵形隐藻(Cryptomonas ovata)出现了正的生长速率特征,分别为0.128±0.006和0.210±0.010 d-1;高水位时期,湖北小环藻、CS型生长策略的空球藻(Eudorina sp.)、兼具C、R、S型生长策略的卵形隐藻具有较大原位生长速率,分别为0.175±0.009、0.326±0.016和0.187±0.009 d-1;泄水期,湖北小环藻、空球藻以及卵形隐藻依旧在较长时间内保持较高的原位生长速率,分别为0.231±0.012、0.281±0.014和0.406±0.020 d-1,但S型生长策略的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)随着水库泄水水位持续下降而逐渐体现出优势.低水位期影响上述藻种原位生长速率的主要因素为溶解性磷酸盐和水温.高水位时期影响显著的环境因素为颗粒态磷和研究水域最大风速.泄水期影响显著的环境因素为溶解性磷酸盐、溶解性无机氮和总氮.忽略藻类随流输移产生的干扰,不同生长策略藻种的原位生长速率与同期藻类群落演替特征具有一定关联.     

梭梭幼苗生长动态及其对沙漠腹地生境条件的适应策略

通过对塔克拉玛干沙漠腹地梭梭幼苗不同生长阶段地上/地下生长指标的测定,结果显示在生长季持续旱化的生境中,幼苗的生长在时间和空间上表现出不同的适应特点.5月、7月、9月和10月,垂直根的生长速率分别为:0.607 cm/d,0.809 cm/d,0.155 cm/d和0.394 cm/d;株高的生长速率分别为:0.093 cm/d,0.076 cm/d,0.408 cm/d和0.136 cm/d,说明幼苗根系在空间上具有生长速度的优势.幼苗垂直根和水平根的最大生长速率出现时间均早于地上株高和新枝的最大生长速率所出现的时间.不同时期垂直根增长速率和水平根增长速率分别是株高增长速率和新枝增长速率的2～10倍和3～5倍.整个生长季中幼苗地上/地下生物指标的生长速率呈现出此消彼长相互交替的生长趋势,同时幼苗根冠比在不同时期分别为:0.41,0.3,0.39和0.88.这些特性是梭梭幼苗适应持续旱化生境生长策略选择的综合表现.     

镁橄榄石相变长大率与水含量的关系及亚稳态橄榄石的存在深度

通过分析镁橄榄石相变长大率方程的指前系数和亥姆霍兹活化能在不同含水条件下的实验拟合值,本文研究了橄榄石相变长大率与水含量的关系.结果表明含水量较高的镁橄榄石在相变过程中对应较低的亥姆霍兹活化能,而长大率方程中的指前系数几乎是一个与含水量无关的常数.这个常数的数值在晶界控制长大的晶体相变动力学经典理论中相应于晶界是一层或...     

沉水植物苦草(Vallisneria natans)对多环芳烃污染沉积物的修复作用

沉水植物是浅水湖泊生态系统的关键种群,对水环境质量及水生生态系统结构有重要影响.以东太湖大水港和湖湾区2个典型的具有不同污染程度的沉水植物苦草(Vallisneria natans)生长区域为研究对象,考察苦草对多环芳烃(PAHs)的修复效果.结果表明,经过34 d植物修复试验,重度污染的东太湖大水港沉积物中PAHs的去除率为62%,沉积物中PAHs降解速率为0.024 d-1;而中度污染的东太湖湖湾区沉积物的PAHs去除率为42%,其降解速率为0.015 d~(-1).种植苦草的沉积物中PAHs的降解速率是未种植苦草的降解速率的2~3倍.苦草对沉积物中高分子量PAHs的修复效果尤为显著.因此,苦草可以有效地用于PAHs污染沉积物的修复,尤其是在重污染和高分子量PAHs污染沉积物中,苦草的修复作用更加明显.     

甘肃古浪、景泰活断层上的树木地震学研究

在树木地震学测年技术研究的基础上，沿古浪活断层西段鉴定和评价了数百棵树。对树木生长速率及年轮比率低值偏离的３种类型进行了有效的识别。结果表明：断崖上被破坏的青海云杉中，记录的结构和生长速率异常，可以归因于１９２７年５月２３日古浪８级大地震的影响。从而为古浪地震断层的判定提供了准确的年代证据。并将前人认为的古浪地震断层位置向冷龙岭北麓南移了３０余公里。用该方法在老虎山活断层上对１８８８年１１月２日景秦６１／４级地震破裂带定年，再次获得成效     

逆冲-褶皱造山过程中生长地层的识别及应用

生长地层记录了大量的构造变形和沉积历史信息,主要形成于逆冲-褶皱造山带前陆盆地边缘,在前陆盆地生长构造(如生长逆断裂-褶皱带)翼部或顶部与褶皱构造变形同期沉积的地层,是构造运动与沉积作用同时进行的产物,在构造横剖面上,整个生长地层序列在褶皱翼部具有楔形几何状态。根据其形成方式的不同,可以分为断层转折褶皱作用和断层传播褶皱及滑脱褶皱作用等。生长地层的最终形态受各种地质作用影响,其中主要因素是构造变形、沉积速率和侵蚀作用,三者之间在生长地层形成过程中通常具有“复合”作用。通过生长地层的详细研究,可以建立同构造生长地层模式,而广泛应用于确定前陆逆冲-褶皱带与相应地层的时代、变形速率,分析与逆冲推覆断层相关的褶皱几何形态,以及建立动力学模式等。生长地层的野外识别一般可从褶皱翼部和枢纽变化、翼部同沉积楔体、地层产状和厚度变化以及区域资料收集对比等几方面来综合分析,同时采用多模式、多手段的室内分析将是研究生长地层最为有效的方法,也是今后的重点发展方向。通过对生长地层的识别标志和模式的进一步认识,初步分析了六盘山山前宁夏固原寺口子剖面,认为寺口子盆地为逆冲-褶皱造山带前陆磨拉石盆地,其内可能存在有生长地层和生长不整合,但需     

洞穴石笋的^14C年代学研究——石花洞研究系列之二

由于受“死碳”的影响,年轻洞穴碳酸盐的＾１４Ｃ测年始终受到限制,为此,建立了＾１４Ｃ法测定石笋生长速率及校正“死碳”影响的理论模式,从而将石笋的测年时限和精度大大提高。这一理论成功地运用于北京石花洞年轻石笋的定年。利用＾１４Ｃ法与石笋生长光性年际纹层推算的平均生长速率十分吻合,表明石笋Ｓ３１２的生长速率为０．０４２ｍｍ／ａ。＾２１０Ｐｂ法测定石笋顶部的年龄小于１００ａ,与＾１４Ｃ结果的外推年龄基本     

富钴结壳高分辨率定年:地球轨道周期印记法与~(230)Th_(ex)/~(232)Th测年法对比研究

由于海山富钴结壳的生长速率十分缓慢,长期以来,对其年代和生长速率的高分辨率准确测定一直是个难题.利用电子探针原位提取中太平洋海山富钴结壳(样品号:CB14)的元素含量变化剖面,运用功率谱分析方法识别结壳第一亚层(0～3mm)Al元素含量变化曲线中存在的显著周期,通过与米兰柯维奇周期的匹配,获得结壳的高分辨率生长速率.同时,利用数控微钻对该结壳的第一亚层以0.1mm为间隔进行高分辨率连续取样,并利用230Thex/232Th法对其进行测年.结果表明利用地球轨道周期印记法得到结壳的第一亚层生长速率为2.14mm/Ma,与利用230Thex/232Th测年法获得的结壳的生长速率(2.15mm·Ma?1)相吻合,同时得到结壳第一亚层(0～3mm)底界的年龄约为1.4Ma.认为地球轨道的周期性变化所引起的气候与环境效应在结壳的生长剖面上打下了烙印,利用地球轨道周期印记法确定富钴结壳的生长速率是一个有效而且可靠的新方法,可应用于为世界海域富钴结壳建立高分辨率长序列的年代框架.     

富钴结壳高分辨率定年：地球轨道周期印记法与^230Thex／^232Th测年法对比研究

由于海山富钴结壳的生长速率十分缓慢,长期以来,对其年代和生长速率的高分辨率准确测定一直是个难题．利用电子探针原位提取中太平洋海山富钴结壳（样品号：CB14）的元素含量变化剖面,运用功率谱分析方法识别结壳第一亚层（03mm）A1元素含量变化曲线中存在的显著周期,通过与米兰柯维奇周期的匹配,获得结壳的高分辨率生长速率．同时,利用数控微钻对该结壳的第一亚层以0．1mm为间隔进行高分辨率连续取样,并利用^230Thex／^232Th法对其进行测年．结果表明利用地球轨道周期印记法得到结壳的第一亚层生长速率为2．14mm／Ma,与利用^230Thex／^232Th测年法获得的结壳的生长速率（2．15mm．Ma^-1）相吻合,同时得到结壳第一亚层（0～3mm）底界的年龄约为1．4Ma．认为地球轨道的周期性变化所引起的气候与环境效应在结壳的生长剖面上打下了烙印,利用地球轨道周期印记法确定富钴结壳的生长速率是一个有效而且可靠的新方法,可应用于为世界海域富钴结壳建立高分辨率长序列的年代框架．     

X形和三角形SMA板式阻尼器的阻尼力模型

本文利用形状记忆合金（Shape Memory Alloy，简称SMA）分段线性化本构关系，推导了X形和三角形SMA板式阻尼器的阻尼力滞回模型。首先，给出了SMA分段线性化本构关系。然后，根据经典力学理论推导建立了SMA板式阻尼器的阻尼力模型。最后，通过一个算例给出了SMA板式阻尼器的阻尼力滞回曲线，结果表明，其滞回曲线在T＞Af时为“小旗帜”形状；而且，在弹性加载、马氏体相变阶段和卸载至逆相变开始前的规律与钢板阻尼器的线性强化模型相同；逆相变开始后，横截面上应力分布发生间断，阻尼力曲线接近直线。     

浮游绿藻对沉水植物苦草生长的抑制作用

水体中氧化还原电位的变化会对藻类生长和竞争产生直接或间接的影响.本文采用单种培养和混合培养的方式,研究了在铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)与斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)竞争生长过程中氧化还原电位降低对铜绿微囊藻优势形成的影响,同时测定了铜绿微囊藻生理和形态的变化.结果表明:在单种培养条件下,铜绿微囊藻的生长速率明显高于栅藻,降低氧化还原电位对两种藻的生长速率没有影响;在混合培养条件下,两种藻的生长均受到了抑制,但降低氧化还原电位却明显提高了铜绿微囊藻的生长速率,而降低了斜生栅藻的生长速率,说明铜绿微囊藻的竞争能力得到了加强,斜生栅藻的竞争能力有所削弱;同时试验也发现在竞争生长的条件下,培养基氧化还原电位的降低诱导了铜绿微囊藻细胞体积变大,酯酶活性增强以及叶绿素荧光强度增加,这些生理参数的改变可能是铜绿微囊藻在环境中氧化还原电位降低时竞争能力得以增强的重要原因.     

重力水沉积

重力水沉积（gravitational water deposits）是洞穴中最常见和数量众多的次生化学沉积物。滴水一流水、飞溅水和池塘水是重力水主要运动和转换形式。重力水沉积的主要类型有：①滴石类,由不连续水流——滴水形成。