陆地热泉钙华研究进展与展望

陆地热泉钙华是沉淀于富Ca2+和HCO₃-热泉（普遍T≥30℃）的陆地碳酸盐沉积物/岩。热泉钙华独特的形成环境、岩石矿物学特征、地球化学特征和流体性质对古环境、古气候、早期生命起源、新构造运动、陆相热水沉积学、地热资源等方面研究具有重要指示意义。尽管相关学者对陆地热泉钙华开展了相关研究,但由于热泉钙华沉积-成岩过程中受复杂外界条件控制,其时空分布、沉积特征、矿物组成、地球化学特征、微生物作用、流体来源、成岩作用、古气候记录等系列科学问题有待深入研究。在国内外大量文献的基础上,结合研究团队对云南腾冲火山地热区热泉钙华的认识,综述了目前国内外学者对陆地热泉钙华的研究进展,总结了热泉钙华研究意义,提出了当前热泉钙华研究存在的问题及下步研究方向,为更加全面地认识陆地热泉钙华沉积及未来研究提供启示。     

陆地热泉钙华：重建古气候历史信息重要载体

【研究目的】陆地热泉钙华作为火山、地热区常见的陆相碳酸盐岩沉积物/岩被广泛用于恢复古环境,但其中可反映古气候信息的代用指标多受复杂外界条件变化控制,因此利用热泉钙华进行古气候信息提取有待深入研究。【研究方法】本文对当前热泉钙华在重建古气候信息方面的成功案例进行了总结,并梳理了与热泉钙华沉积相关的各类气候、非气候影响因素。【研究结果】研究认为针对热泉钙华进行古气候恢复代用指标的选取,目前较为可行的有C-O同位素、主微量元素,孢粉学数据由于孢粉保存的局限性,可作为佐证信息,配合其他气候代用指标来检验古气候意义的正确与否,同时需将热泉钙华中各项气候代用指标与生物地层学、冰芯、石笋等相对成熟的古气候研究手段进行对比,使各类古气候替代指标相互验证,从而更好的解读热泉钙华中古气候信息。【结论】利用热泉钙华中的各项气候代用指标进行可靠的古气候信息提取与恢复具有可行性。创新点：本文梳理了国内外热泉钙华恢复古气候的成功案例,并探讨了针对热泉钙华进行古气候恢复研究存在的问题。     

腾冲现代热泉系统硅华的矿物学特征及其地质意义

云南腾冲是中外著名的地热区，区内火山岩浆地热活动强烈，水热显示形式多样，有温泉，热泉，沸泉，水热蚀变岩石，泉华等。其中硅华为较高温水热活动产物。新硅华以非晶质硅胶和蛋白石为主，含有少量的玉髓和石曲英；老硅化以玉髓和石英为主，含有硅胶和蛋白石。     

中国陆地生态系统植硅体碳汇研究进展

植硅体碳(Phytolith-Occluded Carbon,Phyt OC)是一种相对稳定的碳组分,在生物地球化学碳循环和减缓全球变暖中扮演着重要角色。在总结前人研究的基础上,论述了植硅体碳的形成机制和其碳汇能力的影响因素,综述了当前中国陆地生态系统植硅体碳汇的研究成果,探讨了中国陆地生态系统植硅体碳汇的调控机制,最后对未来中国陆地生态系统植硅体碳汇的研究方向进行了展望。气候、地表植被类型、土壤环境及植硅体自身化学组份等诸多因素都将直接或间接影响植硅体的碳汇能力。中国草地、农田、森林、湿地和灌丛生态系统植硅体碳产生速率分别为(0.6±0.1)×106,(4.9±1.7)×106,(1.9±0.4)×106,(0.6±0.5)×106和(1.3±0.3)×106t CO2/a。含硅材料施加、高硅植物栽培和传统的提高植物地上净初级生产力等措施均可显著提高中国陆地生态系统植硅体碳汇潜力。今后应进一步研究不同植物产生植硅体碳的机理,加强不同陆地生态系统中植物地下部分植硅体碳汇能力的研究,对不同陆地生态系统土壤植硅体碳汇量进行量化,并提出更加全面、经济、合理的管理措施以提高植硅体碳汇量。     

钙华生物沉积作用研究进展与展望

弄清钙华生物沉积作用有助于更好地理解钙华微岩相结构和地球化学特征的气候环境指示意义。总结和综述了与钙华沉积相关的生物群落、生物成因钙华微岩相结构、钙华生物沉积作用过程及其对钙华地球化学特征影响的研究进展,并展望了未来的研究重点。细菌、藻类和苔藓等广泛参与到钙华沉积中,形成了许多不同类型的孔隙结构、晶体结构和纹层结构。生物沉积过程主要包括:①生物生长扰动水流使得CO2逸出;②代谢作用(如光合作用)过程诱导碳酸钙沉积;③"表面控制"过程影响晶体成核及生长。生物沉积作用驱动了元素的迁移转化,对沉积水体和钙华地球化学特征具有重要影响。钙华在地球生物学研究中具有重要潜力,未来需要加强现代钙华沉积中的物理化学和生物过程相互作用机制及其各自贡献的量化研究,以便准确地解译钙华沉积记录。     

热泉型矿床研究进展

近年来由于环太平洋带陆相火山岩地区与天水活动有关的金、银、铅锌、铜\汞和锑矿床的普查评价获得巨大成功,使热泉型矿床研究正越来越受到经济地质学家的高度重视。热     

国内外钙华岩溶景观的研究进展与展望

利用计量学软件Citespace处理分析2008-2020年间国内外文献,揭示钙华研究在基于同位素技术的钙华成因、钙华景观特点及地貌演化、钙华生物成因和钙华景观退化等方面取得的重要研究进展,阐明了全球钙华景观的分布、特点、物质组成、成因类型及典型钙华景观退化的现状和原因,推动了钙华自然遗产景观的保护及钙华研究的国际合作。目前,急需加强钙华内生动力与外生动力的复合作用、微生物对钙华沉积的耦合作用、钙华景观退化的微观结构表现等方面的基础研究及钙华景观生态修复保育关键技术的研发。     

陆地古水文学研究进展

尽管97％以上的水储存在海洋中,对大陆来说,水犹如血液循环一样重要,即使每年只有占世界水总量O.0009％的水作为降水落到大地。我们对古水文变化的了解主要来自无数分散的地质记录,以及全球尺度的古气候模型,并且这些模型的获得通常是以难以证实的假定为基础的。在古水文学研究中,我们试     

陆地表层系统地理过程研究回顾与展望

近十几年来，地球表层过程研究在地球系统研究中的地位越来越重要，尤其强调将自然过程与人文过程有机地结合在一起，应对环境变化对科学提出的挑战。而自然过程与人文过程恰恰是地理过程的具体表现。从与陆地表层地理过程相关的国际重大科学计划的研究主题看，陆地表层地理过程的研究重点和核心已经从自然向自然与人文结合方向发展，从无机向无机与有机结合方向发展，从单要素、单个过程的研究向多要素、多过程耦合与综合研究方向发展，从宏观向宏观与微观结合方向发展。未来若干年，我国的陆地表层系统地理过程研究应紧密围绕格局与过程、过程与效应、综合与集成组织科学问题。提高我国地理过程的研究水平，推动我国地理学基础研究迈上新台阶。     

热泉中驱动碳循环的微生物研究进展

微生物驱动的碳循环是热泉生境各元素生物地球化学循环的核心部分.研究热泉生境驱动碳循环微生物及其代谢机制,既有助于揭示地球早期生命起源与演化、探讨地外生命,又具有重大的生物工程应用意义.综合阐述了热泉生态系统驱动碳循环的功能微生物在系统发育学上的分布、功能基因的相对丰度和活性、功能群与环境因子(如温度、pH)的响应关系,旨在了解热泉中驱动碳循环微生物的研究现状并为其后续研究提供理论基础.     

陆地生态系统与气候相互作用的研究进展

陆地生态系统与气候系统通过地面与大气之间能量平衡、水汽交换和生物地球化学循环相互作用,影响大气中温室气体浓度和气溶胶,继而影响气候变化。较系统分析总结了当代国际上陆地生态系统与气候相互作用的最新研究进展。首先介绍了陆地生态系统与气候相互作用的机制与过程,总结了陆地生态系统与气候相互作用研究的三个发展阶段,以及当代相互作用的过程模拟研究中三类主要的全球生态系统模型,即生物物理模型、生物地理模型和生物地球化学模型。并介绍了气候对生态系统变化的响应,即两种主要的反馈机制。最后,对未来的研究方向和重点作了分析。     

全球变化与陆地生态系统研究：回顾与展望

全球变化与陆地生态系统相互关系的研究是国际地圈－生物圈计划（IGBP）的核心研究计划之一，也是整个全球变化的研究核心领域之一。该计划自上世纪八十年代启动以来，已经取得了一系列重要的研究成果，对于推动全球变化研究发挥了重要作用。中国学者在全球变化与陆地生态系统研究领域也开展了许多工作并取得了重要成绩。按照我国科学技术和社会经济发展的需求，本文提出了未来我国在该领域的研究重点，包括（1）中国陆地生态系统重要生命元素的代谢及其耦合机制研究；（2）全球变化敏感区域或重要样带上陆地生态系统对全球变化的影响研究；（3）我国的C、N、P、S生物地球化学循环与全球变化的关系研究；（4）发展中国特色的区域植被动态模型。     

陆地氧循环过程研究进展

氧循环是地球系统重要的生物化学循环之一,其变化对地球的宜居性有着重要影响。工业革命以来,由于人类活动的影响,现代氧循环相比地质年代的氧循环发生了巨大的变化。陆地氧循环过程在现代氧循环中具有举足轻重的作用。从陆地植被生态系统产氧、陆地燃料燃烧耗氧等方面对已有陆地氧循环过程研究进行了回顾,表明：(1)陆地过程的变化会直接造成大气氧气浓度的波动,对大气氧气浓度有预测作用;(2)陆地氧循环过程反映了生态系统对人类活动与气候变化的响应,对评估生态安全具有指示作用。通过探究陆地氧循环过程对气候变化与人类活动的反馈,有助于预测未来大气氧气浓度的变化,为未来区域发展政策制定提供参考。     

陆地生态系统模型比较研究进展

陆地生态系统作为地球表层复杂系统中重要一环是全球碳氮循环研究的核心内容之一，在陆地生态系统研究中模型作为一种必不可少的手段备受关注。近年来，国际上发展了多种基于不同原理和目标的模型，其模拟结果也不尽相同。为了对这些模型进行比较研究，国际上开展了多个模型比较研究计划。本在筒述各种模型比较计划的基础上；阐述了目前国际上一些比较成功的模型的研究进展；指出模型的进一步发展必须建立在对生态系统各个组成要素、生态过程及其对气候变化的响应与反馈机制研究的基础之上。耦合大气、岩石圈、生物圈从机理上模拟碳氮动态，同时在进行区域或全球尺度评价时引入遥感、地理信息系统等手段，将是未来模型发展的趋势。     

植硅体碳与陆地生态系统碳循环：机遇和挑战

植硅体在形成过程中能够包裹植物有机碳,是已被证明的一种非常有潜力的大气CO₂封存方式,对于增加陆地生态系统碳汇和延缓温室气体效应带来的全球变暖具有重要意义,因此受到了学术界的广泛关注。简要回顾了植硅体碳的研究历史和现状,并着重从植硅体碳长期变化入手,探讨了植硅体碳与陆地生态系统碳汇存在的问题与挑战,以及近来有关植硅体碳存在被严重高估的论点。同时指出为了更加准确地估算植硅体碳汇,应充分考虑植硅体包裹碳能力的差异、植硅体碳来源、植硅体稳定性、土壤中植硅体碳含量衰减速率以及植硅体提取方法等在植硅体碳的长期变化中的作用,进一步提高植硅体碳在陆地碳汇研究中的地位与重要性。     

陆地生态系统与全球变化的联网观测研究进展

全球变化引起的环境问题已成为国际社会及其科技界共同关注的重大挑战。陆地生态系统的联网观测作为研究全球变化与陆地生态系统相互关系的一种有效手段,越来越受到人们的重视,并且得到了广泛的应用。本文讨论了陆地生态系统联网观测在全球变化科学研究中的作用和地位,并简要介绍了几个有影响的国际陆地生态系统联网观测计划。在此基础上,分析评述了中国陆地生态系统联网观测研究的主要进展以及在全球变化研究中做出的主要贡献,并结合我国科学技术和社会经济发展的需求,指出了近期中国陆地生态系统联网观测研究应该重点发展的领域。     

青藏高原陆地生态系统碳汇估算: 进展、挑战与展望

陆地生态系统碳汇是实现碳中和的重要支撑。作为我国乃至亚洲的生态安全屏障, 青藏高原具有良好的生态资源、固碳增汇潜力大。本文系统梳理了青藏高原陆地生态系统碳汇现状与未来潜力估算。主要结果如下: 通过整合自下而上(清查法和生态系统模型)和自上而下(大气反演模型)不同方法的研究, 当前碳汇大小为每年26.5~33.7TgC, 占全国陆地生态系统碳汇的9.9 %~19.6 %; 未来气候暖湿化以及生态恢复与管理措施加强情景下, 到2060年碳汇有望实现倍增, 达到每年53.0~63.7TgC。但高原碳汇估算仍存在很大不确定性, 未来研究应聚焦在减少土壤碳汇不确定性、极端气候事件对碳汇功能影响、冻土碳库脆弱性、退化生态系统增汇潜力与途径、水体碳源汇功能和其他温室气体源汇功能等方面; 通过补齐高原关键区域观测短板、研发自然与人文耦合的生物地球化学模型、构建模型-多源观测数据融合系统, 以准确揭示青藏高原碳汇现状与未来趋势, 为青藏高原碳中和贡献先行示范区和生态文明高地建设提供参考与支撑。

     

海底火山喷发与热泉作用

热泉作用是拉张板块构造背景中形成的、从地球深部上升到地表成海底的热流体。_一般认为,热泉的形成可能是由于突然的岩浆热流的触发使地热储处于短暂的强超压状态,从而造成水力破碎。这种水力裂隙发展到地表就可能导致热泉喷发。对下扬子区孤峰组的研究表明,海底热泉喷发作用与海底火山喷发作用有着密切的关系。     

风沙活动对陆地生态系统影响研究进展

风沙活动及其物质输移运动是关键的陆地地表过程,对全球生态环境有显著的影响。归纳了风沙运动中养分的释放、搬运和沉降机制;总结了目前风沙运动中的物质及养分组成,养分流失与沉降对植物生长的影响、养分在植被群落中的分配和利用机理等方面的研究进展;揭示了大区域尺度上风沙运动与地表养分的释放和输移的关系及植被群落对风沙活动的响应;指出了风沙活动在陆地生态系统演化中扮演的角色。在已有研究的基础上,提出揭示风尘物质在远源陆地区域的沉降机制、风尘物质中有效养分的组成和含量、风尘物质养分的主要传输路径,建立风尘物质养分的源—汇模式,构建植被对风沙活动的响应过程,综合集成风沙活动与植被演化之间的动态关系等是未来主要研究方向的建议。     

陆地生态系统植被生产力遥感模型研究进展

陆地生态系统植被生产力一直是全球变化领域内的研究热点,对其模拟的准确与否直接决定了后续碳循环要素的模拟精度,也关系到能否准确评估陆地生态系统对人类社会可持续发展的支持能力。遥感数据因其能够提供时空连续的植被变化信息,在区域植被生产力的模拟中扮演了不可替代的角色。目前遥感模型可以分为统计模型和过程模型2类。前者主要基于植被指数等与观测值的统计关系,从最初的线性关系发展到利用回归树等多变量的统计模型。后者则是基于光能利用率原理,借助于遥感数据的时空连续性实现对区域和全球植被生产力的准确评估。然而,这些模型在计算植物冠层吸收的光合有效辐射比例、环境对最大光能利用率的限制等诸多方面存在显著的差异,对于一些关键的生态系统过程描述不完善,总体而言模拟能力仍然有待提高。此外,遥感数据也被广泛地应用于动态植被模型的发展和应用中,为模拟提供植被类型、叶面积指数等关键的输入数据。后续的研究应该进一步改进模型公式,发展集合预估算法,并应考虑由于输入数据和参数的不确定性而导致的区域模拟误差,以提高对区域植被生产力的模拟精度。