碳、氮、磷、硫等元素和水的生物地球化学循环及生态环境效应

目前对全球化学尤其是对生物地球化学循环的研究与更深入地了解,已进入一个关键阶段。 地球上生命世界的存在主要取决于该系统中的能流和物质循环——生物地球化学循环。它们影响着生命有机体的数量、质量及其生命活动、代谢速率与各种生态系统乃至整个生物圈的结构、功能、动态过程和生产     

勘查地球化学80年来重大事件回顾

勘查地球化学诞生于20世纪30年代初期,经历了80年的发展,已经成为一门重要的地球化学分支科学,为矿产勘查做出了巨大贡献。本文对勘查地球化学过去80年发展历程的标志性事件进行了回顾;对勘查地球化学基础理论研究进展和对矿产发现做出的贡献进行了概括总结;对近年勘查地球化学最为活跃的研究领域进行了简要介绍。在20世纪70年代以前勘查地球化学作为一门独立学科已经形成,它的标志性事件是经典教科书的出版、勘查地球化学专业设立、勘查地球化学杂志的创刊、国际勘查地球化学家协会成立和勘查地球化学学术会议定期召开。在基础理论研究方面体现在局部地球化学分散模型和区域分布模式的建立。一些国家大规模区域或国家地球化学调查或填图计划的实施,为全球3次批量矿床发现作出了巨大贡献。近些年勘查地球化学最为活跃的研究领域集中在:(1)在微观尺度上,从纳米水平和分子水平研究化学元素的分散和迁移机理,发展覆盖区找矿的地球化学技术;(2)在区域尺度上,继续开展区域地球化学调查或填图理论与技术研究,为成矿带地球化学评价和靶区圈定提供高质量数据和图件;(3)在全球尺度上,致力于全球地球化学基准建立,为了解全球化学元素分布背景、过去地球化学演化和预测未来全球化学变化提供定量评价标尺。     

黑色岩系成岩成矿过程中的生物地球化学作用

黑色岩系在其形成和发展中,特别是在成岩成矿过程中都离不开生物地球化学作用。通过对震旦纪一下古生代五套黑色岩系及其中四类矿床的矿物、岩石、地球化学及稳定同位素研究,从生物成矿的角度讨论了这些黑色岩系和矿床在成岩成矿过程中的生物地球化学作用,并强调生物地球化学元素循环及生物地球化学体系研究的重要性。     

中国第四纪古气候环境的重建

本文就如何重建第四纪古气候环境问题进行讨论。气候的演化和变更是环境系统中最重要的因素,第四纪冰川作用是反映这一因素中最为重要的事件之一。第四纪沉积物是古气候信息储存的主要场所,因此,系统地研究第四纪地层的地球物理特征、地球化学信息反馈、生物的演替等方面问题极为重要。在此基础上确定其地层的时间尺度、构造运动的程式,以及它们之间的相互关系,加以分析论证,建立起第四纪古气候环境的演化格局。     

极端环境下的微生物及其生物地球化学作用

极端微生物是地球生物圈的重要组成部分。极端微生物的地球化学定位在微生物学与地球化学以及一些相关学科的交叉点上,最近10年已经发展成为地质生物学研究的热门领域。对极端微生物的研究不仅有助于回答生命起源、生命极限、生命本质甚至其他生命形式等生命科学问题,而且其生物地球化学作用在地球系统科学研究中具有重大科学研究价值,对揭示生物圈与地圈协同演化的奥秘、认识生命与环境相互作用规律及地球的化学演化提供重要证据。总结了嗜热菌、嗜冷菌、嗜酸菌、嗜碱菌、嗜压菌、嗜盐菌以及抗辐射菌的主要类群,论述了极端微生物适应环境的机制,探讨了极端微生物的生物地球化学意义。作者预测未来将会在生物标志化合物研究、同位素地球化学分析和分子生物学综合研究的基础上协同推进极端微生物地球化学学科的发展。     

中国第四纪黄土地球化学研究进展

在研究第四纪时期发牛的古环境变化的过程中,对矿物在表生环境下的地球化学行为的研究是正确理解一些十分重要的替代性气候指标环境意义的基础。在我国著名地质学家、地球化学家侯德封先生生前竭力倡导下,我国第四纪沉积,特别是黄土的地球化学研究这些年来取得了举世瞩目的成果。本文试图对我国这一领域发展的现状作一系统的综述,特别对存在的问题提出一些看法,以其推动我国第四纪地球化学的研究工作,并表示对侯老的怀念之情。     

冰盖消融加速地表微量元素输移北大核心CSCD

目前冰盖约占地球陆地表面积的10%(在末次冰期冰盛期高达30%),冰储量的99%,但对其下的生物地球化学条件及其在极地生物地球化学循环中的重要性却知之甚少[1]。由于气候变暖,格陵兰及南极冰盖正在快速消融,过去十年里冰盖消融对全球海平面上升的贡献约为1 mm·a-1[2-3]。冰盖的冰下水文系统主要由饱和沉积物、冰下河及冰下湖泊等要素组成[4-8],它为极地生物地球化学风化速率的升高提供了有利条件[9-10]。     

地壳元素分布及其生态环境效应

地球演化引起物质分异加上人类活动使元素在地表的分布很不均匀.从局部到全球,地球化学异常分布具有谱系模式.元素不仅是生物的基本组成物质,而且在生命活动中起着复杂而重要的作用.生物与其生存环境的协调平衡是生物演化和发展的基本准则,因此,元素地球化学异常的谱系分布模式对应着相应的生物作用和生态效应.本文初步探讨了不同级次地球化学异常的生态环境效应特征.     

第四纪科学发展展望

第四纪科学是地球科学的一个分支.20世纪中国第四纪研究的发展历史,可以分为两个阶段:1909～1949年,强调理论研究与实际应用的结合,适当地采用"全盘西化"的办法,将中国与世界先进的差距,由100年缩短为50年,跨越了一大步;1950～2000年,在完成国家需求的鼓励下,适当地越过经典研究范畴,参与环境问题和全球变化的研究,使得中国第四纪科学追赶了50年的差距.在21世纪开始之时,中国与国际第四纪研究的步伐有前有后,但基本上是站在同一起跑线上.对21世纪的第四纪研究,作者提出了以"研究过去只是为了未来"和"地学的文艺复兴在呼唤未来"为题的两个思路,从1)以人为本--务实社会需求;2)地球和人类共同的历史--人与自然和谐;3)我们需要自己提出理论--一种科学文化;4)群众需要第四纪--极大地提高人民的素质等4个方面展望了中国第四纪研究的新形势.     

后记之二

《第四纪研究》十分感谢欧阳自远院士组织的这一期论文。他在为此而作的“后记”中说 :“研究地球生态环境的变化 ,并深化对全球变化的认识 ,已经成为一种必然的发展趋势。”在 2 0 0 2年里约热内卢国际地质大会上 ,法国的Ｃ .Ｊ .Ａｌｌ埁ｇｒｅ教授说 2 1世纪地球科学的发展有赖于技术手段的发展和进步。我觉得他的话有一定的道理。我们应注意新技术、新观点、新理论对地球科学的影响。回顾第四纪研究的发展历程 ,第四纪研究成为今天地质学的一个前沿科学与新技术方法和新理念的出现不是没有关联的。从 2 0世纪 50年代起14 Ｃ技术和理论的…     

磷的生物地球化学循环研究进展

磷是生命体的必需元素,也是粮食生产的重要限制因素。磷的生物地球化学循环不仅调控着海洋的初级生产力,而且影响着全球气候系统,并决定着磷矿资源的形成和分布,与地球上生命的生存繁衍息息相关。当前“地球系统科学”理论将大气圈、水圈、岩石圈（地壳和上地幔）和生物圈等子系统有机整合,为研究磷的生物地球化学循环提供了更加广阔的视野。基于已有研究,结合“地球系统科学”理论观点,针对磷的生物化学循环获得了以下重要认识： 磷在地质历史时期的演化决定了现今磷在全球范围内（陆地生态系统与海洋生态系统）的循环模式;人类的工业和农业活动作为重要的地质营力,改变了磷的生物地球化学循环过程,造成了磷矿枯竭的资源危机及水体富营养化的环境问题;解决磷短缺的资源危机问题和磷过剩的环境污染问题的关键在于调控引起这些问题的生物地球化学循环过程。     

侯德封——新中国第四纪科学研究的创始人、倡导者和支持者

侯德封院土（１９００～１９８０）是新中国一位杰出的地质学家和地球化学家,他是中国第四纪科学研究的创始人、倡导者和支持者。在他任中国科学院地质研究所所长时,成立了第四纪地质研究室。在５０年代初他就提出化学地理这一概念,为后来第四纪地球化学的发展奠定了基础。他是一位兼蓄并容的地质学家,对地质学各分支学科都予关注和支持。侯德封先生一生培育了许多地质学科的新方向,和新机构,他培育了几代中国地质和地球化学家     

方兴未艾的微生物地球化学

微生物地球化学是研究微生物在生物地球化学循环中作用机理的一门新兴边缘科学。它作为独立学科被人们承认,不过是近一二十年的事。然而,它未来的发展前景却是不可低估的。自然界中,生物通过自身的生命活动,一方面将其所需的各种无机化学元素合成为有机物,另一方面又能将这些有机物分解成无机组分并输送圆自然界。由此,化学元素不断地从非生命物质转变成生命物质,再从生命物质变成非生命物质。构成了地球上的生物地球化学循环。微生物在此循环中起着极为重要的纽带作用。如果没有微生物的参与,自然界的物质循环将无法进行,生命将得不到更替繁衍。因而,地球化学过程与微生物作用休戚相关;二者间的联系越来越被人们关注。     

生物地球化学的发展

生物地球化学作为地学的一门分支学科,是研究生物及其产物在自然界物质循环中的作用,研究无机质与有机质关系、能量输入与生物能量储存关系、能量释放和地球上主要矿物循环的科学。早在1548年Giordano Bruno提出循环发展的思想后,三十年代苏联学者维尔拉斯基提出了生物地球化学的概念。由于受到科学技术的限制,发展相当缓慢。直到近年来,由于生物学和地球化学研究领域的发展而迅速崛起,并在生物成矿论、元素循环和环境等方面取得了重大进展,才受到了人们的重视。     

迎接全球变化研究的新挑战

当前,世界各国政府和决策者面临着愈来愈多的与全球环境有关的实际问题,尤其突出的是空气和水的质量以及保持生态平衡问题。 从学科上来说,与地球有关的各个学科的发展,共同提出了一个研究地球系统各个部分之间相互作用,及其和地球上生命世界的相互关系的综合性科学问题。这就要求我们将地球作为一个整体,研究地球各个组成部分之间的耦合,研究生物的、物理的、化学的过程之间     

2001-2010年生物地球化学研究进展与展望

阐述了21世纪第一个十年生物地球化学领域的重要研究进展和未来可能的重点发展方向。在近代陆-海系统碳循环的库和通量上已经取得了重要进展,并发现了一些参与氮、硫循环新的微生物功能群。阐述了显生宙生物大灭绝期间碳循环异常的特点及其可能的原因,但对氮、硫循环的了解比较薄弱。地球早期的碳、硫循环与生命起源、大气和海洋水化学条件的关系已经取得重要认识。生物地球化学过程可以通过生态毒理,以及大气成分和海洋水化学条件的改变影响生命系统。微生物地球化学功能的微区、原位、痕量示踪等技术得到快速发展。未来将加强地质历史时期碳、氮、硫循环的定量分析以及空间变化的研究,各种元素循环之间的相互关系及其界面过程、极端环境的生物地球化学过程将进一步受到重视。生命科学领域重要技术的引入将提升生物地球化学过程的研究。     

地球化学探测:从纳米到全球

文中简要总结了勘查地球化学的发展历程,阐述了从纳米尺度到全球尺度地球化学探测的最新进展。勘查地球化学从诞生初期研究手标本化学成分,到研究矿床尺度原生晕,到20世纪70年代以后研究化学元素的区域分布,到90年代以后开始研究全球尺度化学元素分布。进入2000年以后,为了更深层次理解这些宏观地球化学模式是如何受元素的微观行为控制的,开始了纳米尺度地球化学探测。目前纳米尺度地球化学和全球尺度地球化学研究成为地球化学探测的两个前沿研究领域。笔者从微观、区域和全球不同尺度地球化学探测,各列举一个前缘领域进行了介绍。(1)在微观尺度上,从纳米水平研究化学元素的存在行为、分散和迁移机理,列举了有关纳米铜和纳米金晶体颗粒的发现及其对隐伏矿勘查的意义;(2)在区域尺度上,阐述了盆地砂岩型铀矿地球化学调查理论与技术进展;(3)在全球尺度上,列举了全球地球化学基准研究的最新进展,初步总结了全球尺度化学元素分布与地质背景、矿产资源、气候变化和人类活动的关系。     

喀斯特生态系统生物地球化学过程与物质循环研究:重要性、现状与趋势

喀斯特地质与生态系统是地球表层系统中的重要组成部分,其变化将对其他地区以及整个地球系统产生影响.生物地球化学循环是全球和区域变化研究的核心内容,而生态系统的演化与系统内水分和养分的生物地球化学循环密切相关。因此,我们有必要将喀斯特生态系统纳入到更大区域或全球生态系统中进行分析研究,在充分研究认识整个喀斯特生态系统物质生物地球化学循环规律的基础上,进一步研究喀斯特生态系统的全球变化响应或影响机制,为喀斯特生态系统优化调控对策和措施提供科学基础。研究生态系统演化过程中物质的生物地球化学循环规律,是研究植物适生性、物种优化配置和适应性生态系统调控机理的关键基础。在介绍前人工作基础的同时,本文全面而概括地总结了我们近年利用元素、同位素(如δ13C、δ15N、δ34S、87Sr/86Sr)示踪和化学计量学理论和方法对喀斯特生态系统中不同界面和流域中物质的生物地球化学循环及其生态环境效应的研究成果。认识到:喀斯特流域生物地球化学循环活跃,相互耦合,并与流域生态环境变化相互制约;人类活动正干预流域物质的自然生物地球化学循环过程,并导致相应的生态和环境效应;全球变化科学深化有赖于区域生态环境变化及物质生物地球化学循环的研究。这些认识是我们将来系统深入开展喀斯特以及其他流域生态系统物质生物地球化学循环研究的重要方向。     

遥感地球化学研究

遥感地球化学是遥感技术与地球化学结合的产物。探讨了遥感地球化学产生的必然性、遥感地球化学的定义、基础理论、研究方法及应用。指出遥感地球化学的研究基础是地物波谱特征,并简要分析了矿物、岩石、水体、土壤、植被及广泛存在于星际间的一些挥发物质等的波谱特征及影响因素;归纳了遥感地球化学主要的研究方法。总结了遥感技术在矿产资源勘探、环境地球化学、生物地球化学、行星地球化学及全球变化等领域的应用,并展望了今后遥感地球化学的研究重点及发展方向。     

美国卡内基研究所生物地球化学研究概况

由美国华盛顿卡内基研究所(Carnegie Institution of Washington)的一些学者倡导而开辟的生物地球化学研究领域,经过较长时间的开创性研究与探索现已处于领先地位,其中许多研究课题是由该所地球物理实验室的研究人员承担的。为了满足地质学家及生物科学在内的专门领域和专家们的需要,他们研制出了许多新的仪器和研究方法。生物地球化学这门学科即将列入大学课程。 地质学和生物学的结合,产生了生物地球化学学科,科学家们在此领域对生物组织与有机