铁假说和HNLC海区的现场铁加富实验

20世纪90年代,JohnMart in提出的"铁假说（ironhypothesis）"和以此为中心的海洋铁加富实验（ironenrichments）成为海洋科学领域最受瞩目的事件。"铁假说"的主要内容是：铁限制了HNLC海区中浮游生物的生产力,并进而影响了CO₂由海洋上层向深层的输出;如果在HNLC海区加入铁,就可以促进浮游植物的生长,消耗掉过剩的 N、P营养盐,加速C从海洋表层向深层输出,最终降低大气中CO₂含量,缓解温室效应。在赤道太平洋和南大洋进行的现场加富实验证明,加入铁以后,这些海区的浮游植物生物量增加,N、P等营养盐被消耗。但是,这些实验并没有降低大气中CO₂含量。铁假说只被证实了一半。     

论大气微量气体增加的环境效应及地质记录研究

大气CO₂浓度增加对陆地化学侵蚀的影响小于酸雨的影响。水土流失可能促进大气CO₂浓度的增高;植被破坏又影响大气CO₂的固定。虽然大气CO₂的较高浓度可能促成初级生产力的提高,但海洋光合作用速率增加于环境系统不利。尽管大气微量气体可能产生温室效应,但CO₂与地表升温的对应关系不清楚、增温幅度与自然脉动的关系尚需客观评定。地质记录具全息性特征。加强地质记录和现代地质过程研究是揭示大气微量气体环境效应之谜的关键;从燃料和植被两个系列着手是维护全球环境的重要途径。     

末次盛冰期东亚气候的成因检测

在国际古气候模拟比较计划设置的标准试验方案下,首先利用中国科学院大气物理研究所的全球大气环流模式（IAP-AGCM）模拟了末次盛冰期东亚气候状况,然后通过4组数值敏感性试验逐一模拟了大气CO₂浓度、海洋表面温度（SST）和海冰、陆地冰盖和地形、东亚植被变化4项强迫因子的单独气候效应,进而对末次盛冰期东亚气候的成因进行了检测。结果表明,末次盛冰期除华南局部略有升温外,中国年均地表气温显著降低,降温幅度总体上向北增大,青藏高原处存在一个降温中心。其中,SST和海冰变化是华南局部略偏暖的主因,它同时导致了东亚其他区域地表气温的显著降低,特别是在东北亚地区;陆地冰盖和地形变化对于东亚地表气温的显著冷却作用主要体现在东亚的西北部;大气CO₂浓度降低会引起东亚地区0.2～0.9℃的普遍降温;相对而言,东亚植被的降温作用（0.5～1.0℃）主要显现在中国40°N以南的区域。与此同时,SST和海冰变化能引起中国东部年均降水一定程度的减少,而大气CO₂浓度、陆地冰盖和地形、东亚植被单独变化均不会显著影响东亚年均降水的分布状况,然而,上述四项因子的共同变化会通过协同作用引起中国东部年均降水的显著减少,西部地区降水则与现在差别不大。此外,末次盛冰期东亚夏季风的显著减弱源于SST和海冰变化,冬季风变化则可归因于SST和海冰、陆地冰盖和地形的变化。     

云贵高原湖泊CO2的地球化学变化及其大气CO2源汇效应

湖泊是大气CO₂的源还是汇,长期以来一直都存有争议。云贵高原地区的湖泊由于受流域碳酸盐岩风化作用的影响,使这一问题就显得更特殊,也更复杂。本次研究通过化学平衡计算和气相色谱测定两种方法得到了比较一致的湖水CO₂浓度结果。研究发现,在夏季强烈的光合作用消耗了湖水CO₂,致使湖水中CO₂浓度降低。在贵州草海、百花湖以及云南的泸沽湖、杞麓湖,表层湖水CO₂分压(为便于与大气CO₂比较,文中湖水CO2用分压单位表示)小于200μatm,远低于大气CO₂分压,湖泊正不断地从大气中吸收CO₂,从而构成大气CO₂的汇。     

负热电离质谱法测试硼同位素与大气pCO2的重建

海洋有孔虫的硼同位素能够反映海水酸碱度值的变化,为研究大气CO₂浓度在长时间尺度上的变化提供了一种新的手段,甚至可能超出冰芯所能企及的范围。天然样品中硼同位素的测定方法最为常用的是热电离质谱法,分为正热电离质谱法与负热电离质谱法。目前海洋有孔虫硼同位素分析主要应用负热电离质谱法,该方法最大的优点是所需要的样品量比较小（＜1ng B),实验精度却相对比较高(0.6‰～2.0‰;  2sd.)。近年来,基于常规负热电离质谱法发展的全蒸发负热电离质谱法通过分析完所有样品而有效降低分析过程中所发生的分馏效应所带来的影响,并使样品的信号最大化,该方法精度能够达到0.7‰(2s.d.)。本文详细介绍了常规负热电离质谱法和全蒸发负热电离质谱法的各个分析步骤,包括样品前处理、涂样、质谱分析、同质异位素干扰以及实验分析精度等方面。随着实验分析技术的进展,海洋有孔虫硼同位素已被用来重建长时间尺度(百万年和千万年)和短时间尺度(冰期-间冰期)的大气CO₂浓度变化。现有的研究证实利用海洋浮游有孔虫硼同位素重建的大气CO₂浓度变化与Vostok冰芯记录的大气CO₂浓度变化吻合地很好。     

全球变化条件下的土壤呼吸效应

土壤呼吸是陆地植物固定CO₂尔后又释放CO₂返回大气的主要途径，是与全球变化有关的一个重要过程。综述了全球变化下CO₂浓度上升、全球增温、耕作方式的改变及氮沉降增加的土壤呼吸效应。大气CO₂浓度的上升将增加土壤中CO₂的释放通量，同时将促进土壤的碳吸存；在全球增温的情形下，土壤可能向大气中释放更多的CO₂，传统的土地利用方式可能是引发温室气体CO₂产生的重要原因，所有这些全球变化对土壤呼吸的作用具有不确定性。认为土壤碳库的碳储量增加并不能减缓21世纪大气CO₂浓度的上升。据此讨论了该问题的对策并提出了今后土壤呼吸的一些研究方向。其中强调，尽管森林土壤碳固定能力有限，但植树造林、森林保护是一项缓解大气CO₂上升的可行性对策；基于现有田间尺度CO₂通量测定在不确定性方面的进展，今后应继续朝大尺度田间和模拟程序方面努力；着重回答全球变化条件下的土壤呼吸过程机理；区分土壤呼吸的不同来源以及弄清土壤呼吸黑箱系统中土壤微生物及土壤动物的功能。当然，土壤呼吸的测定方法尚有待改善。     

海洋沉积记录中环境与生物地球化学信息及其对全球变化的指示

文章研究了南海北部陆坡沉积柱中常量元素钠、钾、镁、铝和营养元素磷以及碳酸钙的含量变化特征,并从环境与生物地球化学的角度揭示了它们对全球变化的响应.研究结果显示,海洋沉积物中钾、铝含量变化与陆源区化学风化程度有关,而钠、镁含量变化受温度的控制;海洋沉积磷的积累与大气圈CO₂的变化相关联,沉积磷积累量的减少和碳酸钙积累量的增加,可能是引起冰期大气圈CO₂降低的一个关键性原因.     

卫星遥感探测大气CO2浓度研究最新进展

大气CO₂是一种重要的长寿命温室气体,卫星遥感探测大气CO₂浓度,可以连续地获得其全球时空分布变化情况,进而提高对大气CO₂源汇分布及区域和全球碳循环的认识,进一步增强对全球气候变化的研究和预测。卫星遥感探测大气CO₂浓度已经开始成为一个新的研究领域,文章综合论述了利用卫星平台遥感探测大气CO₂浓度分布的最新研究状况。首先简单地叙述了现阶段对大气CO₂浓度时空分布和变化情况的直接仪器观测结果,在此基础上比较全面地综述了卫星遥感测量大气CO₂浓度的主要方法及获得的结果,包括利用近红外反射太阳光谱或地气热红外发射辐射光谱及两者的组合进行得模拟和卫星实测反演研究,最后简单地进行了总结和展望。     

论大气二氧化碳温室效应的饱和度

利用最新版本的大气分子吸收光谱资料HITRAN2000，用精确的逐线积分算法，计算了大气CO₂浓度变化后产生的辐射强迫。在此基础上，研究了CO₂温室效应的饱和度以及影响CO₂辐射强迫的各种因子。主要结论如下：地面温度愈高，一般辐射强迫也愈大，但辐射强迫并不完全取决于地面温度，它还受大气温度廓线的强烈影响；研究的 6种模式大气中，吸收带重叠对热带大气的CO₂辐射强迫影响最大，对亚极冬季大气的影响最小；与长波辐射强迫相比，短波辐射强迫的贡献很小；CO₂的温室效应在15μm带中心等波段确实已经达到饱和，但在其它（15μm带两翼，10μm，5.2μm带等）波段远未达到饱和，在最近的将来也不会达到饱和。     

沉积岩中无机CO2热模拟实验研究

结合三水盆地的地质特点，分析了无机CO₂热模拟实验研究的可能性，进行了不同条件下的模拟试验和相关的分析测试，提出了无机CO₂生成量和转化率的概念和计算方法。从实验结果来看：含有一定量碳酸盐矿物的沉积岩，在一定温度下可转化形成相当数量的无机CO₂，无机CO₂转化率越高，岩石中碳酸盐矿物越容易转化生成无机CO₂；相同热成熟度条件下，Ⅱ型干酪根生成有机CO₂的量较Ⅲ型的少；CO₂中碳同位素与CO₂的成因密切相关，随有机质热成熟度的增加，同种类型有机质生成的有机CO₂相对富集¹³C；无机CO₂较有机CO₂的碳同位素明显富集¹³C，随水介质的pH值降低，无机CO₂气含量、模拟温度及时间的增加，无机CO₂相对富集¹³C。实验研究结果为CO₂成因研究及其资源评价提供了实验依据。     

始新世-渐新世界线的全球气候事件：从“温室”到“冰室”

新生代以来,全球气候在持续不断的变冷,从两极无冰的"温室地球"变为现今两极终年有冰的"冰室地球",经历了多次冰盖扩张的变冷事件。始新世-渐新世界线（E/O）附近,δ¹⁸O值大幅度正偏,在短期内由 1．2‰迅速增加到 3．0‰,底层海水温度从12 ℃降低为 4．5 ℃。保存在大洋和大陆中的记录表明：E/O界线附近,全球气温大幅降低,海陆生物均有不同程度的灭绝,指示了气候变冷、变干的趋势。始新世-渐新世转换期间,南极洲与澳大利亚之间的塔斯曼尼亚海道和南极洲与南美洲之间的德雷克海峡（DrakeStrait）相继打开,形成环南极洋流,从而阻止赤道地区的热量向南极传送,导致南极大陆"热隔绝",使南极大陆东部为冰川所覆盖。最近的研究显示,E/O事件是与大气CO₂含量快速变化密切相关的瞬时气候变化,其变化速率类似于现今地球由于人类活动引起大气CO₂的变化,表明大气CO₂浓度的变化在这一事件中起了极为重要的作用。     

北京斋堂黄土中主要温室气体组分特征

根据极地冰芯等资料已经重建了过去大气温室气体（主要是CO₂,CH₄）浓度的变化。由于人类活动的影响,温室气体的含量自工业革命以来有了明显的上升,其影响表现为全球变暖。如果维持现在的CO₂产放水平,根据气候模式预测到下个世纪末全球温度将增加l-3.5℃,可能极大地改变人类生存的环境。但是预测结果还存在着很大的不确定性,其中一个重要因素是对温室气体的源和汇的理解还不完善,有相当数量的CO₂声向不明（即未知汇）.目前倾向认为,在北半球的中纬度地带可能存在着一个巨大的陆地生态系统汇（植被和土壤）.中国黄土分布在北半球中纬度,实际上是在干旱一半干旱气候条件下形成的一套巨厚的成土作用较弱的黄土一古土壤序列。     

土壤温室气体昼夜变化及其环境影响因素研究

通过对北京东灵山草地和桦树林土壤气体CO₂,N₂O和CH₄浓度及其排放通量的昼夜连续观测,探讨了生长季节草地和森林土壤温室气体昼夜变化及其环境影响因素。研究表明:1)土壤CO₂排放通量昼高夜低,N₂O排放通量有明显小时尺度波动,但昼夜变化不突出;土壤CO₂和N₂O浓度昼夜变化不明显,且与排放通量波动不一致;土壤是大气CH₄的一个汇,相对厌氧的环境可能有利于土壤吸收CH₄。2)无雨时气温昼夜变化通过影响土壤表层的气体扩散和CO₂产生过程,来影响土壤CO₂和N₂O的地表排放通量,而对土壤10cm以下CO₂和N₂O的产生影响不大。小时尺度的土壤CO₂和N₂O浓度波动则可能还有其他影响因素或机制。3)降雨时土壤渗水引起的土壤空气对流取代气体浓度扩散成为土壤与大气空气交换的主要方式,导致土壤CO₂和N₂O排放通量的同步波动。降雨渗水较多时,较多的溶解氧随着雨水进入土壤内,会促进土壤CO₂的生成和抑制N₂O的产生。4)土壤CO₂与N₂O浓度存在显著的正相关关系,反映出土壤CO₂和N₂O有相对稳定的产率比。土壤有效碳可能是造成土壤CO₂与N₂O浓度正相关的主要原因,土壤空气的氧分压则可能是造成土壤CO₂和N₂O浓度波动不一致的重要因素。     

水射流破碎联合CO2置换开采天然气水合物新工艺及实验研究

本文对目前开采天然气水合物的5种方法进行了归纳总结,重点分析了CO₂置换开采以及固体开采法,并通过分析这2种开采方法的优劣势,提出了水射流冲蚀、破碎海洋天然气水合物储层联合CO₂置换开采天然气水合物的新思路。水射流冲蚀、破坏水合物储层后形成的采空区能为CO₂提供更好的储藏空间并提高其与储层的作用面积,提高置换效率;封存的CO₂水合物也可以提高水合物储层的稳定性,具有良好的互补效应。实验结果表明,在整个置换过程中,含采空区储层CH₄置换率为24.3%,CO₂封存率为22.1%;完整储层CH₄置换率为15.3%,CO₂封存率为20.9%,置换率提升约59%,封存率提升约5.7%。采空区的作用主要体现在提升水合物置换介质的注入量上。     

湖南芙蓉锡多金属矿床流体包裹体地球化学研究

湖南芙蓉锡多金属矿床是中国最近发现的具有巨大找矿潜力的锡矿田，本文对白蜡水矿区和狗头岭矿区中主要的4种矿化类型（矽卡岩型、蚀变花岗岩、锡石硫化物型、云英岩型）进行了系统的流体包裹体研究，研究表明：该矿床中流体包裹体类型复杂，包括富含CO₂包裹体、气液包裹体、含子晶包裹体和气相包裹体。成矿流体为富含CO₂、CH₄等挥发分的高盐度、高温度的岩浆期后热液，成矿流体压力为1800~179 bar。锡成矿过程早期曾发生过流体不混溶和沸腾作用。CO₂相的分离导致热液流体的pH值升高，低盐度、低温大气降水的混入，导致成矿流体的温度进一步降低和锡石的沉淀。     

白云鄂博超大型稀土-铌-铁矿床成矿过程中的流体不混溶作用

白云鄂博超大型REE-Nb-Fe矿床赋存在白云岩内，矿体由磁铁矿、稀土氟碳酸盐、萤石、霓石、角闪石、方解石和重晶石等矿物组成。在白云鄂博矿床矿石和脉石矿物中赋存有两/三相富CO₂、三相高盐卤水和两相水溶液包裹体3大类型。显微测温表明富CO₂包裹体内还有近于纯的CO₂，成矿流体为H₂O-CO₂-NaCl-（F-REE）体系。高盐卤水包裹体和富CO₂包裹体共生且具有近似的完全均一温度，表明初始热液发生了流体不混溶作用。流体包裹体中出现稀土子矿物，表明初始成矿流体含有很高的稀土元素，这也许是形成白云鄂博超大型稀土矿床的原因。     

蔡家营铅锌银矿区CO2异常分布特征及其成因的讨论

本文介绍了蔡家营矿区壤中气CO₂和岩矿石中热释CO₂异常的分布特征。通过CO₂异常分布与矿体赋存关系的研究,对异常形成机理做了初步探讨,阐明了厚覆盖区CO₂异常的分布规律,以及在寻找隐伏矿、查明区域控矿构造中的作用。     

晚白垩世(80Ma)CO2浓度对东亚气候影响的数值模拟

利用美国国家大气研究中心(NCAR)的CCSM2.0全球气候系统模式,并结合重建的古地理资料,研究了晚白垩世(80Ma)东亚气候特征以及CO₂浓度变化对东亚气候的影响。模拟结果表明： 与现代气候比较,晚白垩纪时期的东亚大陆冬季风和夏季风都偏强,具有同步变化的特点,并且中高纬度年平均地表气温明显增加,而低纬度地区有所下降,年降水变化的区域性特征明显; 就年平均而言,在 30°～40°N 的内陆地区地面净失去水分、变干燥,而在低纬度、大陆东岸以及高纬度地区,地表获得水分、变湿润。晚白垩纪CO₂浓度变化对大气辐射和大气热状况的影响是复杂的; 降低CO₂浓度可以导致东亚地区气候显著变化,冬季东亚中纬度地区大陆降温比其附近的海洋大,太平洋中高纬度的低压系统加强,因而造成东亚冬季风偏强; 而在夏季,中纬度大陆地区降温幅度大于海洋,西太平洋副热带高压减弱,因而夏季风减弱。对应于较低的CO₂浓度,年降水量在东亚及其沿岸的中、低纬度大部分地区显著减少,在东亚高纬度的大陆和海洋上降水的减少幅度不大,而在 30°N 附近亚洲大陆中部和东部的一些地区降水有所增加; 总体上,地表水分收支在东亚大陆的东部都是以负值为主,地面净失去水分、变干燥,其中 30°N 以南的大陆沿岸最显著; 而在东亚大陆的内陆地区,水分收支差异以0～0.5mm/天的正值为主,东亚大陆的东部是以地面净得到水分、变潮湿为主。     

胶东胡八庄金矿成矿流体、稳定同位素及成矿时代研究

胡八庄金矿是胶东牟平-乳山金成矿带内典型的黄铁矿、多金属硫化物-石英脉型金矿,金主要产出于黄铁矿和多金属硫化物石英脉中。流体包裹体研究表明,不同蚀变带岩石和各成矿阶段金矿石中的流体包裹体主要有三种类型:富CO₂包裹体、CO₂-H₂O包裹体和H₂O溶液包裹体。成矿早期(第Ⅰ阶段)主要为富CO₂包裹体,主成矿期(第Ⅱ阶段)CO₂-H₂O包裹体和H₂O溶液包裹体,成矿后期(第Ⅲ阶段)H₂O溶液包裹体。包裹体显微测温结果表明,成矿早期(第Ⅰ阶段)包裹体均一温度范围为260~360℃,盐度1.0%~7.4% NaCleqv;主成矿期(第Ⅱ阶段)包裹体均一温度范围为180~269℃,盐度1.7%~13.1% NaCleqv;成矿后期(第Ⅲ阶段)包裹体均一温度范围为104~189℃,盐度0.9%~8.8% NaCleqv。成矿早期为中-高温、富含挥发份、低盐度的流体,到主成矿期演化为中低温、含少量挥发份、盐度变化范围大的CO₂-H₂O-NaCl流体体系,成矿后期流体的温度、盐度和挥发份含量均降低。对各成矿阶段石英的H-O同位素研究表明,胡八庄金矿成矿早期既有岩浆水又有大气降水参与,大气降水较少地参与了成矿,到了主成矿期成矿流体为以大气降水为主的混合流体。成矿阶段S同位素研究表明胡八庄金矿成矿物质可能主要来源于大气降水循环淋滤的围岩。温度降低和流体不混溶可能是胡八庄金矿金沉淀的主要原因。蚀变岩石中绢云母Rb-Sr等时线获得的胡八庄金矿的成矿时代为126.5±5.6Ma。     

新疆望峰金矿床流体包裹体地球化学及矿床成因类型

西天山东缘的望峰金矿床受胜利达坂韧性剪切带的控制,成矿过程包括早、中、晚3个阶段,自然金和矿石矿物主要形成于中阶段。岩相学、显微测温及单个包裹体成分激光拉曼光谱研究表明,望峰金矿床石英中的流体包裹体有CO₂-H₂O型、纯CO₂型、NaCl-H₂O溶液型和含子晶多相等4种类型。早阶段石英中原生包裹体主要是CO₂-H₂O型,其盐度1.62%~8.03% NaCl eqv.,流体密度0.73~0.89g/cm³,均一温度为250~390℃,气相成分为CO₂。中阶段石英中的原生包裹体包括了所有4种类型,其CO₂-H₂O型和NaCl-H₂O溶液型包裹体的均一温度分别为210~340℃和230~300℃,显示了流体沸腾现象的存在。CO₂-H₂O型包裹体的盐度0.83%~9.59% NaCl eqv.,密度0.77~0.95g/cm³,气相成分为CO₂±CH₄±N₂。晚阶段石英只发育水溶液包裹体,具有较低的盐度（0.35%~3.87% NaCl eqv.）和均一温度（120~214℃）。根据CO₂-H₂O型包裹体估算早、中阶段流体包裹体捕获压力分别为110~300PMa和90~250MPa,成矿深度为9~11km。总体而言,望峰金矿床由低盐度、低密度、富CO₂的变质流体系统形成,流体减压沸腾导致矿质沉淀,属于中深带的造山型金矿系统。