宇宙成因核素~(10)Be、~(36)C1及其加速器质谱测定

~(10)Be、~(36)Cl是宇宙射线与大气成份进行散裂核反应的产物。它们在大气圈停留1—2年,然后通过降水沉降至地表。~(10)Be半衰期1.5×10~6a,~(36)Cl半衰期0.301×10~6a,均属纯β放射体,在自然界含量极低,传统的衰变测量法已难以适应现代地球科学中高分辨研究的需要,七十年代末八十年代初兴起的加速器质谱技术使这两核素的测量灵敏度提高了五个数     

~7Be法估算土壤侵蚀速率若干问题的探讨

~7Be是由宇宙射线撞击同温层和对流层大气中氮、氧原子核而生成的天然放射性核素。由于连续沉降、半衰期短(53.3天)以及在土层中分布深度浅(约2 cm)等特点,~7Be在示踪单次暴雨或短期强降雨等短时间尺度的侵蚀产沙空间分布研究中具有独特优势。随着气候变化加剧和暴雨等极端天气增多,~7Be法应用前景广阔。然而该技术目前处于探索阶段,一些重要基础假设尚未得到有效验证,限制了其在土壤侵蚀研究中的广泛应用。简要回顾了利用~7Be法定量土壤侵蚀速率空间分布的历史和现状,介绍了其示踪原理和计算模型及其最新进展;重点评述了~7Be法估算土壤侵蚀速率的关键基础假设及其不确定性,以及植被截留、侵蚀分选等对~7Be法评价土壤侵蚀速率的影响;并对未来研究趋势进行了展望,包括基础假设的验证及不确定性分析、植被影响的定量评价、示踪时空尺度的扩展以及新模型的开发等方面。     

深圳市大气~7Be沉降通量与气溶胶沉积速率

同步分析了2015年1~12月份期间深圳市大气~7Be总沉降通量以及大气气溶胶中~7Be的放射性比活度,并据此计算获得大气颗粒物沉积速率。结果表明,深圳市大气~7Be的沉降通量范围为0.91~4.23 Bq/m~2×d,平均值为1.83 Bq/m~2×d;大气气溶胶沉积速率在0.15~5.10 cm/s之间,平均值为1.35 cm/s。研究发现,大气~7Be沉降通量和沉积速率均与降雨量呈显著的正相关关系,提示湿沉降是大气~7Be清除的主要机制;大气~7Be沉积速率与大气颗粒物(PM_(10)、PM_(2.5))含量呈负相关关系。     

7Be在土壤侵蚀示踪中的应用研究进展

7Be是一种自然产生的放射性核素，由对流层和同温层大气中的氧和氮在宇宙射线作用下分裂生成，其半衰期为53．3天，7Be通过连续的干湿沉降作用到达土表，被土壤颗粒紧密吸附，其土壤环境化学行为与137Cs相似，因此，可以用于示踪某种特定土地利用方式或侵蚀事件下的土壤侵蚀作用的强度，空间分配以及季节性变化，7Be技术可与其它反映中长期土壤侵蚀的放射性核素（137Cs,210Pb)示踪技术相结合，共同表征某个流域的土壤侵蚀状况，对7Be示踪技术现有的土壤侵蚀速率定量估算模型进行了简述，并提出了各自的局限性及今后的研究方向。     

10BE ISOTOPE RECORDS IN SEDIMENT CORE Z14-6 FROM THE EASTERN OKINAWA TROUGH DURING THE LAST DEGLACIATION AND HOLOCENE

文章讨论了末次冰期及全新世以来冲绳海槽中部偏东处的沉积物岩芯Z14-6中10Be的历史记录,并与冲绳海槽北部钻孔DGKS9603的10Be记录进行对比.重力柱状岩芯Z14-6取于冲绳海槽水下739m( 27°07'N,127°27′E),全长8.96m.选取了晚更新世末次冰期和全新世的层段(2～175cm,年代跨度为0.37 ～29.3kaB.P.)中12个层位,利用加速器质谱法测定了10Be的含量.Z14-6孔10Be的平均含量为6.10×108atoms/g,最高值(8.71×108atoms/g)出现在6.3kaB.P.层位,末次冰期10Be含量总体上处于低值.与DGKS9603孔(28°08.869′N,127°16.238′E;永深1100m,岩芯长585cm)的数据比较,Z14-6孔中10Be含量普遍较低.Z14-6孔的10Be沉积通量平均值为1.04×109 atoms/cm2 · ka.最高值(1.36× 109atoms/cm2·ka)出现在6.3kaB.P.层位,最低值(6.45×10s atoms/cm2·ka)出现在9.27kaB.P.层位.Z14-6孔所处水深较浅,黑潮流在末次冰期时并未流经Z14-6孔海区,所以其10Be沉积通量只相当于10Be的大气平均生产率( 1.21 ×109 atoms/cm2 ·ka).Z14-6孔中10Be沉积通量降低可能与几个低温事件有关,Z14-6孔在约3kaB.P.和9kaB.P.存在10Be通最减弱现象,因此推测黑潮产生较大变动.Z14-6孔在全新世一些时段的10Be沉积通量峰值显著高于末次冰期时的沉积通量峰值,表明当时黑潮对该海域已发生影响.     

~(10)Be的研究及其应用简介

本文概要地介绍了~20Be的研究现状、成因和在大气中含量的变化特征,~(10)Be的年代学及沉积速率的测定方法及其在现代沉积等研究中的应用实例.     

陨石中宇宙成因核素10Be和26Al的化学分离纯化

陨石离开其小行星母体直至降到地球表面期间,受到宇宙射线的照射,产生一系列包括10Be和26Al等的放射性核素.10Be和26Al的含量及其比值记录了宇宙射线辐照历史,而陨石降落到地球表面后,它们的衰变又提供了测定其降落时间,即居地年龄的方法.10Be和拍26Al由加速器质谱测定,样品需分离纯化.为此,开展了陨石样品Be和Al的分离纯化实验.通过模拟样品的条件实验,建立了Be和Al分离纯化的化学流程,其回收率分别达到89%和70%.在此基础上,分离并测定了一个降落型普通球粒陨石(吉林陨石)非磁性部分的10Be和26Al的含量.结果显示,吉林陨石26Al/10Be的比值为5.005,远大于两者的饱和比值(2.72),说明吉林陨石经历了短期的暴露辐射,这一结果与吉林陨石第二阶段的暴露年龄0.4 Ma一致.整个化学流程的10Be/9Be和26Al/27Al空白分别为(4.33±0.46)×10-14和(6.59 ±4.66)×10-15,其中前者接近于该仪器的空白测量值,而后者则接近于仪器的检测限2.3×10-15.     

瓦里关山与观风山近地面空气7Be浓度季节性变化对比

7Be广泛应用于大气物质传输、表土季节性迁移和微粒混合作用的示踪。它在不同地域空气中的浓度分布构成了多领域研究的基础。7Be在对流层空气中的浓度随地表海拔高度而增加。基于瓦里关山和观风山的位置差异和海拔高差,对比观测其近地面空气7Be浓度变化不仅有益于区域尺度的大气和地表环境过程的示踪,而且对全球尺度的研究也将具重要意义。2002-10-09～2004-01-21,利用美国环境测量实验室的低水平核素表层大气采样系统在瓦里关山和观风山同步连续进行每周1个大气气溶胶样品的采集工作。7Be的比活度系用多道能谱仪进行γ谱测定,测量误差小于6%。中美两实验室对逐周样品测量结果表明两实验室的数据具有很好的可比性。两个站点7Be浓度逐周变化趋势总体相似,具有2～6周的短周期波动,波峰与波谷具有良好的对应关系,其高值或低值波动延迟或超前的差异与区域尺度的天气过程传播一致。瓦里关山和观风山7Be的年均浓度分别为(14.7±1.5)mBq/m3和(4.1±0.9)mBq/m3,前者约为后者的3.6倍。近地面空气7Be浓度与同期降水量的比较表明,在周时间尺度上,两者呈现出较好的预期负相关变化;而在月平均尺度上,两地7Be浓度变化比较稳定。位于内陆地区的瓦里关山受低海拔气团上升的影响较小,其空气中7Be浓度变化较真实地反映了中纬度、高海拔地区的背景水平。观风山地区虽然受到低纬度海洋性上升气团的影响,但7Be浓度变化仍然显示出低纬度、较高海拔地区的预期水平。     

富钴结壳的~(10)Be、~(26)Al定年方法初步研究

大洋富钴结壳的生长速率及其定年测量在研究古大洋环流、古环境及古气候变迁等方面具有重要意义,而宇宙成因核素~(10)Be、~(26)Al因为其测量时间尺度长、精度高,而被视为富钴结壳年代测定的最有效手段之一。本文在前人研究的基础上,对富钴结壳中~(10)Be、~(26)Al定年新方法进行了探究。对采自太平洋的2块富钴结壳样品进行连续的淋滤实验,并对其中1个样品CXD08-1自生相中的~(10)Be和~(26)Al进行分离、纯化及AMS(Accelerator Mass Spectrometry)测量分析。利用~(10)Be浓度和~(10)Be/~9Be值计算得到CXD08-1在5～10 mm间的平均生长速率分别为(10.23■) mm/Ma和(14.25■) mm/Ma。而~(26)Al因为大量衰变及~(27)Al载体的加入而未得到可靠的分析结果,因此,~(26)Al定年须进一步探索。     

对流层活性卤素化学:充满机遇和挑战的研究领域

活性卤素物种(RHS)参与大气对流层中许多化学过程,影响许多重要物种的源和汇,在大气对流层化学中起着十分重要的作用,因此对流层活性卤素化学成为近年来国际大气化学研究的重要前沿研究领域。RHS在对流层的外场观测方法主要包括化学放大、大气压化学电离质谱（APCIMS）、长程差分吸收光谱（DOAS）、雾室和湿法化学分析法、光解法、碳同位素的比率法等。各种观测方法表明大气边界层中存在着不同种类的RHS,特别在海洋边界层、极地边界层和盐湖地区。RHS的浓度有较大的变化范围（10-12~10-10）。RHS可引起一些VOCs的氧化,影响HOx和NOx的反应,减少对流层O3,并对硫的氧化和汞化学有较大的影响。对流层RHS的源主要为有机卤素化合物的排放和海盐气溶胶的释放。在讨论RHS在对流层的循环转化的基础上,归纳总结出一个示意图;提出了现有的主要科学问题,进而展望了今后的研究前景。     

可可托海3号伟晶岩脉石英中微量元素组成特征与岩浆-热液演化

本文利用LA-ICP-MS测量技术对可可托海3号脉不同结构带的石英中微量元素组成进行研究。结果表明,不同结构带石英以含有较高的Li、Al、P和Ca含量,低的Be、B、Na、K、Fe、Mn、Ti和Ge含量为特征,其中Al、Li和P含量变化于49×10~(-6)~438×10~(-6)、12×10~(-6)~92×10~(-6)和11×10~(-6)~97×10~(-6)的较大范围,各个结构带石英中Al、Li和P含量存在较大的重叠。Ge/Ti、Ge/Be和Al/Ti比值变化于1~159、5~824和43~2230之间,并在不同结构带石英中存在较大的重叠。Al~(3+)+Li~+→Si~(4+)+是主要置换方式,石英生长速度的变化很可能对石英晶体中Al、Li和P的含量变化起到了决定性作用。利用TiO_2的溶解度计算的3号脉中岩浆成因石英形成温度在588~698℃之间,而Titani Q温度计给出岩浆成因石英形成温度在327~500℃之间。前者给出了与花岗岩低共熔相近的温度,后者给出了显著低的伟晶岩中石英结晶温度,从而制约其在伟晶岩体系中实际应用。     

黔中气溶胶传输的210 Pb和7 Be示踪:Ⅱ.月及年时间尺度的剖析

自2001年12月连续逐周在贵阳观风山附近对近地面空气210Pb-7Be浓度和沉降量的观测表明:区域性降水和气温制约近地面空气210Pb具高浓度"U"型年分布;降水量和平流层向下输送影响近地面空气7Be月均浓度的季节性变化;210Pb/7Be月均浓度比率受控于210Pb变化和富7Be气团下沉的影响.观风山与瓦里关山之间因纬度和海拔的关系,7Be比率急剧震荡,显示出海洋性贫7Be气团入侵对观风山地区的明显影响.2002-2008年间贵阳观风山近地面空气210Pb的年均浓度(2.8±0.6)mBq/m3,约为全球若干站点中最高平均浓度值的4倍;而7Be的年均浓度(4.8±0.6)mBq/m3,与全球高海拔站点长期观测的平均值相当,大约为北半球中纬度对流层顶部附近7Be浓度值(18.0 mBq/m3)的1/3.8,显示出低纬度、较高海拔地区的预期水平.2003年,瓦里关山和观风山近地面空气7Be的年均浓度比为3.8,与预期的大气输送和混合作用基本一致.7Be月均浓度的增大趋势反映出受太阳黑子数减少的变化关系,其影响底线大约为4 mBq/m3;7Be年均浓度波动的增大趋势反映出受太阳黑子数降低的可能影响.贵阳观风山降水中7Be和210Pb的体积加权浓度分别为0.72 Bq/L和0.27 Bq/L;年沉降通量分别为0.080 Bq/(cm2·a)和0.031 Bq/(cm2·a).数值模拟显示出全球空气210Pb高浓度区和高沉降通量环带分布,印证了洱海和红枫湖沉积物7Be和157Cs蓄积的模拟结果.     

陨石中宇宙成因核素~(10)Be和~(26)Al的化学分离纯化

陨石离开其小行星母体直至降到地球表面期间,受到宇宙射线的照射,产生一系列包括10Be和26Al等的放射性核素。10Be和26Al的含量及其比值记录了宇宙射线辐照历史,而陨石降落到地球表面后,它们的衰变又提供了测定其降落时间,即居地年龄的方法。10Be和26Al由加速器质谱测定,样品需分离纯化。为此,开展了陨石样品Be和Al的分离纯化实验。通过模拟样品的条件实验,建立了Be和Al分离纯化的化学流程,其回收率分别达到89%和70%。在此基础上,分离并测定了一个降落型普通球粒陨石(吉林陨石)非磁性部分的10Be和26Al的含量。结果显示,吉林陨石26Al/10Be的比值为5.005,远大于两者的饱和比值(2.72),说明吉林陨石经历了短期的暴露辐射,这一结果与吉林陨石第二阶段的暴露年龄0.4Ma一致。整个化学流程的10Be/9Be和26Al/27Al空白分别为(4.33±0.46)×10-14和(6.59±4.66)×10-15,其中前者接近于该仪器的空白测量值,而后者则接近于仪器的检测限2.3×10-15。     

对流层大气氧化性研究进展

对流层大气氧化性是对流层大气自我清洁能力的一个重要指标,对流层中大多数痕量气体都是通过氧化过程清除的.回顾近半个世纪以来对流层大气氧化性的研究历史,对流层大气氧化性的研究无论是从测量技术还是模式研究方面都已取得了一定的进展.工业革命以来,由于人类活动的影响,CO、NOx和碳氢化合物等大气污染物排放增多,使得全球对流层大气OH浓度呈下降趋势,未来对流层大气氧化性的变化很大程度上也取决于这些气体的排放情况.利用全球三维大气化学传输模式MOZART研究中国地区对流层大气OH自由基的分布和变化趋势表明,与全球OH自由基变化趋势不同,近10年来中国东部地区OH自由基浓度趋于增加.未来对流层大气氧化性研究的关键问题仍是OH自由基测量技术的提高问题,OH自由基观测结果是完善对流层光化学机制和改进大气化学模式的先决条件.     

深海沉积物10Be记录研究

DSDP519钻孔¹⁰Be测定结果表明，在B／M，M／G两地磁极性倒转期间，¹⁰Be产生率均约增加20％。DSDP519孔δ¹⁰Be曲线与DSDP502孔δ¹⁸O曲线具有明显的正相关关系。CT85－5钻孔¹⁰Be曲线在34000±3000aB．P存在明显的峰，峰值比正常值高出2．5倍，⁹Be，Zn变化曲线中均未观察到此峰，与Vostok冰芯¹⁰Be峰在时间上属于同期。这进一步说明了此时期内¹⁰Be浓度增加是全球性的，只能归因于¹⁰Be产生率的增加。Raisbeck峰讯号可以成为某些储存库精确时标。     

南半球对流层气候年代际变化及其与太阳活动的联系

通过南半球对流层温度场谱分析和逐次滤波分析发现，南半球对流层大气温度场半个多世纪以来呈现明显的持续升温趋势，升温幅度由低层到高层逐步增加，其中地面层1 000 hPa年升温率为0.013℃/a，对流层中部500 hPa年升温率为0.019℃/ a，对流层上部300 hPa年升温率为0.036℃/ a；滤除南半球大气温度场的趋势变化，发现南半球大气温度场从地面层直至对流层顶广泛盛行着十分显著的与太阳磁场磁性22年周期变化相一致的变化周期。太阳磁场磁性周期变化趋势略有超前，分析认为，这是南半球对流层大气气候系统对太阳磁场周期性变化的响应。进一步分析还发现，南半球从地面层1 000 hPa到对流层顶，再到平流层中部10 hPa各层次大气温度变化22年周期分量振荡位相基本一致，周期振幅由低层到高层迅速增大，说明太阳磁场变化对对流层高层比低层影响大，对平流层影响更大。其中地面层1 000 hPa温度场的22年变化周期是在滤除趋势变化和11年周期之后才显现出来的，所以太阳磁场磁性周期变化对地面层气候的影响较小并且经常处于被掩盖状态；南半球地面层1 000 hPa温度场滤除趋势变化之后显示出十分显著的与太阳活动11年周期相一致的变化周期，分析认为，这是南半球对流层大气气候系统对太阳活动11周期性变化的响应。对流层上层300 hPa温度场滤除趋势变化和22年周期之后也显示出11年变化周期，而对流层中部500 hPa则无此周期反应，说明太阳活动11年周期对地面层1 000 hPa大气气候影响最明显，对流层中上层影响较弱。     

南黄海、东海陆架及冲绳海槽北部 沉积物的10 Be和9 Be记录*

文章讨论了南黄海泥质区、东海陆架及冲绳海槽北部表层沉积物和柱状岩芯中¹⁰ Be及⁹ Be含量的水平和垂直分布,并与重金属Pb的分布进行了比较。表层沉积物中的¹⁰ Be,⁹ Be和Pb三者表现出完全不同的分布特征。¹⁰ Be的分布主要受黑潮及其支流黄海暖流所支配; ⁹ Be的分布受黄河陆源物质输入的影响,主要集中在南黄海泥质区; Pb则主要分布在长江口和琉球群岛附近,反映了人类活动的影响。冲绳海槽北部末次冰期和全新世时¹⁰ Be的沉积通量变化在整体上反映了¹⁰ Be大气生产率的变化,即地球磁场屏蔽效应的影响。03孔全新世时¹⁰ Be的沉积通量 (1.12×10⁹atoms/cm²ka)基本上等于¹⁰ Be的现代大气平均生产率,而在末次冰期时平均为4.06×10⁹atoms/cm²ka, 高于¹⁰ Be 的现代大气平均生产率3倍以上。在冲绳海槽由于黑潮的缘故,¹⁰ Be对气候的变化响应要比极地冰芯的¹⁰ Be变化响应灵敏的多,对气候变化信号起了放大的作用。冰期时冲绳海槽北部¹⁰ Be的沉积通量远远高于太平洋大洋海区,充分反映了黑潮的传送带作用和边缘海的聚焦沉积作用,并表明末次冰期时在千年尺度上黑潮仍流经冲绳海槽,且强度并未减弱。 ¹⁰ Be的通量在新仙女木时降到整个岩芯所跨时期的最低点,甚至低于¹⁰ Be的现代大气平均生产率,因此推测在新仙女木事件时,黑潮的变动特别大,有可能改向或断流。     

水文地质学讲座

第二讲影响地下水的气候及水文因素Ⅰ.地球上的水分循环地球上的水以气态、液态及固态三种形式存在于大气圈、地表、及地壳之中,全球的总水量约为1.4×10~(18)立方公尺,其存在的比例为:大气圈水:水圈水:岩石圈水=1∶100,000∶10。大气水,地表水和地下水之间有着密切的关系。在太阳辐射和地心引力的     

前寒武纪大气演化的主要方向

地球历史最初的500Ma的大气组成还不清楚,其原因是由人们对火流星的降落率和火山气体的氧化状态都没有很好地了解。很可能那个时期大气圈物质比较少,而且生物出现前,大气圈中聚集的CH_4和NH_3足够有机化合物的合成。最早的生物有机体肯定吸收H_2和H_2S,并还原CO_2合成有机化合物。绿色植物的光合作用消耗H_2产生O_2,而O_2是大气圈中重要的组分。早到3.8Ga,晚到2.3Ga左右,大气圈由弱还原的状态转变为弱     

黄河三角洲北侧潮滩的^(7)Be分布及侵蚀特征北大核心CSCD

测定了黄河口三角洲获取的表层样ZK1(高潮滩)、ZK2(潮上带)与ZK3(陆上三角洲)的^(7)Be含量,利用降雨量-^(7)Be大气沉降通量公式估算了黄河三角洲区域的^(7)Be大气沉降量,而后根据^(7)Be的比活度分布、沉积环境以及沉积物粒度探讨了研究区的侵蚀特征。实验结果表明:ZK3的^(7)Be最大可测得深度为6 mm,ZK2为2~4 mm,ZK1为0~2 mm,3个样点的^(7)Be比活度均在0~2 mm内达到最大值。ZK3的^(7)Be比活度随深度呈指数式衰变,且其面积活度值与沉积通量估算值相符,表明ZK3处沉积环境稳定,也验证了沉降公式在黄河三角洲的适用性。进一步结合沉积速率与沉积时间对3个样点进行对比分析发现,黄河三角洲的高潮滩和潮上带在风暴潮来临时分别经历海水和风力的侵蚀作用,2018年11月20日至2019年5月3日样点ZK1处沉积平衡(B)为−0.4 cm,样点ZK2处沉积平衡(B)为−0.2 cm,反映了风蚀作用强度弱于海水侵蚀作用。研究区在冬半年内表现为净侵蚀但整体地势变化平缓,且侵蚀强度应具有冬半年大于夏半年的季节性特征。