地球自转角速度长周期变化对太阳轨道运动特征的一种响应机制

地球自转角速度的季节性和年变化的成因已达成基本共识,但更长时间尺度的周期性变化成因尚无定论,它们或归因于太阳活动、日月引潮力、地壳反弹、大气圈波动或行星摄动的影响等.直至目前,地球自转变化的规律和机制还没有完全弄清楚.研究发现:根据行星会合指数(K)标定太阳轨道运动特征的方法是可行的.通过对行星会合指数(K)的FFT检测发现太阳轨道运动周期与前人研究的地球自转日长(LOD)变化周期具有极强的相关性.太阳轨道运动在受到行星系统力矩作用的同时,致使近日行星轨道运动受到太阳引力作用的波动影响而产生扰动.受太阳巨大引力作用的牵制,导致地球轨道角动量和太阳轨道角动量的变化具有正相关关系.根据地球轨道角动量和自转角动量之和守恒,进而推断地球自转角速度的变化对太阳轨道运动特征的响应,这在思想方法上是一种突破.     

Toba火山喷发在南海沉积物中的记录——ODP1143站钻孔火山玻璃的证据

ODP 1143站最上部的3层火山灰深度(mcd)分别为5.55 m(本文称之为A层)、42.66 m(B层)、48.25 m(C层), 其厚度均为-2 cm. 微古生物资料初步限定它们的年龄分别为-0.07 Ma、-0.80 Ma和-1.0 Ma. 这些火山灰层主要由70-150 μm的火山玻璃碎屑组成. 电子探针分析结果的对比表明, 这3层火山灰分别与Toba第四纪3次火山喷发物(YTT, OTT及HDT)相对应. Toba火山喷发物在南海的发现暗示其喷发作用多发生在为南海夏季风期间, 喷发强度可能要比原先估计的更强.     

塔里木盆地奥陶纪碳酸盐岩碳、锶同位素特征及其对海平面变化的响应

塔里木盆地塔中地区奥陶纪自东而西沉积环境由盆地到斜坡再向碳酸盐台地转变,与广海沟通良好,其碳酸盐岩同位素组成代表当时海洋水体的同位素组成.根据对塔中地区奥陶系碳、锶同位素组成的测定,探讨了其与海平面变化的关系,碳同位素与海平面变化呈正相关.而锶同位素组成与海平面变化呈负相关.这一结论与全球碳、锶同位素变化对海平面变化的响应是一致的,塔里木盆地奥陶纪海平面变化与全球海平面变化的规律也是一致的.     

从相位差探讨更新世东亚季风的驱动机制

南海南部ODP1143站和北部ODP1144站的深海有孔虫氧碳同位素、蛋白石和孢粉记录第一次揭示了更新世轨道尺度上东亚季风演变与轨道驱动及全球冰量变化的关系. 1143站和1144站的Globigerinoides. ruber δ¹³C、蛋白石百分含量、松类花粉(Pinus)和草本花粉的百分含量均表现出很强的偏心率、斜率和岁差周期. 1143站的G. ruber δ¹³C与地球轨道参数(ETP = 正交化的偏心率+正交化的斜率-正交化的岁差)在偏心率、斜率和岁差周期上都相关, 然而大部分的相关关系都集中在岁差周期上; 其他的季风替代性指标与ETP只在岁差周期上相关. 这说明更新世热带地区的气候变化主要受地球轨道的岁差控制. 东亚季风替代性指标与有孔虫δ¹⁸O曲线的对比以及它们之间的交叉频谱分析表明, 更新世全球冰量变化对东亚季风至少是东亚冬季风产生了重大的影响, 这与印度季风的驱动机制显然不同. 东亚季风, 至少是东亚冬季风在岁差周期上的演化, 部分地受控于地表的感热对太阳辐射的响应, 也受控于南海表层海水的潜热对太阳辐射的响应.     

中国大别山双河超高压变质大理岩的氧、碳同位素

中国大别山双河超高压变质岩板中发育了一系列大理岩层和透镜体 ,其δ18O值介于 1 1 1‰～ 2 0 5‰ (SMOW)间 ,δ13 C值介于 1 .0‰～ 5 .7‰ (PDB)间 .详细调查表明 ,大理岩的氧、碳同位素值在厘米尺度上表现出均一化 ,但在大于1m的范围内则不均一 .与已经同地幔中的碳发生均一化的挪威榴辉岩相大理岩不同 ,双河超高压大理岩的碳同位素则保留了沉积碳酸盐岩的特征 ,而且表现出白云石含量与δ13 C间的负相关关系 .与原岩相比 ,双河大理岩18O有所亏损 .这种亏损来自 3种可能的地质过程 :( 1 )在超高压变质作用前曾与亏损18O的水发生过氧同位素交换 ;( 2 )在超高压变质过程中发生过脱碳酸盐作用 ;( 3)在退变质过程中与围岩片麻岩在接触部位发生过有限的氧同位素交换 .氧、碳同位素研究表明 ,超高压变质岩的俯冲和折返过程历时较短 ,且在该过程中 ,流体的活动性极为有限 .     

第四纪冰期旋回转型在南沙深海的记录

对南沙海区水深2772 m的ODP1143井上部105.08 m岩芯进行高分辨率氧同位素分析, 取得MIS 1～86期即2.25 Ma以来的历史, 时间分辨率约2 ka, 为迄今所知的最好记录之一. 氧同位素曲线详细展示了更新世的冰期旋回, 由早期的40 ka周期为主, 向晚期100 ka周期为主的"转型", 证明两者之间有一个长达近300 ka的过渡期, "中更新世革命"并非一次简单的突变. 而且在100 ka的冰期旋回中, 低纬区热带表层水的变化在先, 高纬区冰盖的反应在后. 对比表明, 北半球冰盖增大、冰期延长的原因不在冰盖本身, 而在北半球高纬区之外.     

黄土碳酸盐中古气候变化的同位素记录

分析了采自西峰、洛川和渭南黄土剖面的钙结核和全岩样品中碳酸盐的碳氧同位素组分,发现黄土中钙结核的碳氧同位素可以成为有效的古气候变化的指标,记录了它们形成时期的环境状况,对不同地点的同位素数据对比有可能提供过去环境变化的空间格局。全岩样品的碳酸盐的同位素组分也记录了有用的环境信息,过去150ka渭南剖面的碳氧同位素曲线很好地反映了不同地层单位代表的古气候波动,这些曲线可以和黄土中其他的气候指标及深海沉积物的同位素记录相对比。     

地球轨道偏心率40万年和10万年周期的行星驱动

本文在创建行星会合指数(K)运动学方程,并获得太阳绕太阳系质心绕转具有约22年周期的基础上,试从行星摄动对地球轨道偏心率(e)影响出发.分析了行星系统中对地球引力最大的地外行星-木星和引力其次的地内行星-金星的轨道拱线与地球轨道拱线的会合周期,发现木星可造成e具有40万年周期性变化,而金星可造成e具有10万年周期性变化.     

晚第四纪对马暖流的演化和变动: 浮游有孔虫和氧碳同位素证据

在对取自对马暖流影响区的CSH1和黑潮主流轴影响下的DGKS9603孔沉积物中的浮游有孔虫种群以及混合层种Globigerinoides ruber和温跃层种Neogloboquadrina dutertrei的δ¹⁸O, d¹³C记录的对比分析基础上, 探讨了晚第四纪对马暖流的演化和变动. 结果表明在40~24 cal ka BP的低海平面时期对马暖流消失, 然而黑潮仍然存在于冲绳海槽内部, 黑潮水体在海槽北部的爬升引起显著的上升流, 同时低海平面也使得陆源冲淡水对于海槽北部的影响加强; 冲淡水的影响在末次冰期最盛期(LGM)期间达到顶峰, 而最低海平面和黑潮的减弱使得LGM期间上升流明显减弱; 现代对马暖流的发育始于16 cal ka BP左右; 冰消期中黑潮对于海槽区影响的加强在中部和北部是同步发生的, 伴随其发育过程, 黑潮水体逐渐成为对马暖流主要的水体来源; 而现代对马暖流的最终形成是在8.5 cal ka BP左右, 此后这种环流格局相对稳定, 从水体组成上而言现代对马暖流水体主要来源于黑潮主干; 距今3.0 cal ka BP左右, 可能是在冬季风强化和黑潮减弱的背景下, 对马暖流流径发生了一次偏转, 导致冷水团影响加强.     

同步轨道磁场和地面磁场对太阳风动压变化事件的响应

本文对磁宁静时的123个动压变化事件(不包含激波事件)进行了统计研究.研究表明,在白天侧(9~15MLT)同步轨道磁场z分量对太阳风动压增大、减小事件具有较强的正响应,而在夜侧(21~3MLT)响应明显减弱,响应幅度具有明显的磁地方时分布.对动压增大事件的平均响应幅度在午前最大,而对动压减小事件的平均响应幅度在午后达到最大.在白天侧,同步轨道磁场z分量响应幅度与太阳风动压上下游均方差有较好的线性正相关,两者比值随磁地方时具有明显的分布变化;对于同样的动压变化白天侧响应明显强于夜侧.地磁指数SYM-H响应幅度对太阳风动压上下游均方差具有明显的依赖关系,统计结果显示磁层压缩较强时,两者相关性较好.在白天侧,地磁指数响应幅度与同步轨道磁场z分量响应幅度具有明显的线性相关,晨昏侧相关性减弱,夜侧无明显相关.     

黄土高原现代土壤和古土壤有机碳同位素对植被的响应

黄土高原古土壤碳同位素与古植被的关系是一直未能很好解决的问题. 其中一个主要原因是由于对该地区现代C₄/C₃植被分布特征与现代土壤碳同位素组成之间的关系缺乏足够的了解. 初步研究了黄土高原主要植物及现代土壤碳同位素组成, 对比了现代土壤和黄土-古土壤序列的有机碳同位素组成变化特征. 结果表明: 黄土高原现代植被以C3植物为主, C₄植物主要来自适宜在暖湿条件下生长的禾本科植物(如白羊草Bothriochloa ischaemum和狗尾草Setaria viridis等). 森林土壤的碳同位素组成δ ¹³C值明显低于黄土塬面的碳同位素组成, 现代土壤的碳同位素组成与现代植被的分布是一致的. 根据此关系推断: 在相对暖湿的古土壤阶段(间冰期)C₄草本植物比例增加, 在相对干旱的黄土阶段(冰期)灌木和C₃草本植物比例增加.     

紫阳黄柏树湾和竹山文峪河毒重石矿床碳、氧及硼同位素研究

紫阳黄柏树湾毒重石矿床和竹山文峪河毒重石-重晶石矿床呈层状或似层状产于下寒武统下部的硅质岩中, 矿体受岩性和岩相控制明显. 矿床中毒重石、钡解石和方解石的硼同位素及碳、氧同位素研究结果表明, 形成这些矿物的碳主要来自沉积物中的生物有机质在早期成岩阶段经降解、缩合及脱羧基作用所形成的烃类物质或生物气; 而硼主要为孔隙水中硼与有机质降解过程中所释放的硼的混合, 少部分硼来自盆地深部循环热卤水. 硼同位素及碳、氧同位素研究结果一致表明, 毒重石沉淀于早期成岩阶段富含有机碳的孔隙水介质中. 毒重石矿石中广泛发育的生屑及粒屑结构说明生物作用通过生物成因重晶石(Bio-barite)的形式将海水中的Ba²⁺浓集并沉降于海底, 形成钡矿床的初始富集体. 海水中生物作用和沉积物的早期成岩作用是形成本区毒重石矿床的主要成矿机制.     

南海第四纪的生源蛋白石记录: 与东亚季风、全球冰量和轨道驱动的联系

据南海中部1993~1996年颗粒通量的研究表明, 蛋白石通量可以用来指示初级生产力的变化, 这一结果为追溯南海第四纪冰期旋回中表层生产力的变化与东亚季风的演化关系提供了依据. 通过南海ODP184航次等6个站位生源蛋白石含量及其堆积速率的研究发现, 北部站位蛋白石含量及其堆积速率自470~900 ka以来明显增加, 并且冰期升高, 间冰期降低; 而南部站位自420~450 ka以来明显增加, 并且间冰期升高, 冰期降低. 这种晚第四纪冰期旋回中蛋白石含量及其堆积速率的变化反映了南、北部表层生产力呈现“跷跷板”式的变化, 即冰期冬季风加强, 北部表层生产力增加, 南部表层生产力降低; 间冰期夏季风加强, 南部表层生产力增加, 北部表层生产力降低. 北部ODP1144站和南部ODP1143站第四纪以来蛋白石含量与全球冰量(δ ¹⁸O)和轨道参数(ETP)的时间序列交叉频谱分析和以前的研究结果显示, 东亚冬季风和夏季风的变化可能有不同的驱动机制. 在轨道时间尺度上, 全球冰量的变化可能是东亚冬季风强度和时间变化的主要控制因素, 而岁差和斜率相关的北半球夏季太阳辐射量的变化可能是东亚夏季风强度和时间变化的主要控制因素.     

太阳辐射驱动气候变化的泥炭氧同位素证据

已证明太阳辐射水平变化的历史可从树轮14 C含量变化的历史来认识 .所报道的 5 0 0 0a高分辨的泥炭植物纤维素氧同位素 (δ18O)气候代用记录所指示的气候变化对太阳辐射变化的响应关系 .结果表明 ,过去 5 0 0 0a中 34次急速的气候冷暖变化 ,以及气候变化的 86 ,1 0 1 ,1 1 0 ,1 2 7,1 32 ,1 40 ,1 5 5 ,2 0 7,2 45 ,31 1 ,82 0和 1 0 5 0a等周期 ,都与太阳辐射变化和太阳辐射变化的周期有比较好的一对一的响应 .因此 ,结果为数十年至百年尺度的太阳辐射变化驱动气候变化的假说提供了新的证据     

东部油气区天然气中幔源挥发份的地球化学——Ⅱ.幔源挥发份中的氦、氩及碳化合物

讨论了壳源及幔源氦、氩同位素组成特征的“横人字型”模式、二氧化碳丰度分布、同位素组成及其成藏和80年代以来地学研究热点之一的幔源甲烷等有关问题。     

地球同步轨道附近哨声湍流对“种子电子”的加速

本文在等离子体准线性理论下研究了地球同步轨道附近哨声湍流对亚暴“种子电子”的波-电子共振相互作用. 当发生这种共振时，“种子电子”的动量分布函数经动量扩散而随时间演化，部分低能电子数减少了，而高能尾部分的相对论电子（能量大于1MeV）数增加了，说明“种子电子”得到了哨声湍流的有效加速，且哨声湍流的能量越高，其加速效率越高. 另外，哨声湍流的频率越低（或波数越小），共振电子的能量越高（或单位质量的动量越大）；频率范围越宽，共振电子的能量范围越宽，被加速的电子数也越多. 磁层哨声湍流加速“种子电子” 大约在30h内就可以造成相对论电子数显著增加，这正好和大多数磁暴期间观测到的相对论电子通量的增长时间相当.     

渐新世以来南海北部陆坡区沉积演化及其对构造的响应

通过对南海北部陆坡下部ODP1148站位沉积物中陆源矿物组分的含量、堆积速率、粒度、石英氧同位素及石英扫描电镜的分析,探讨南海沉积演化及其构造响应.结果显示,根据综合指标的变化特征可将南海海盆的沉积演化划分为5个阶段:扩张初期 (34~28.5 Ma)、构造活动剧烈期(28.5~23 Ma)、构造活动减弱期(23~16.5 Ma)、热沉降期(16.5~3.5 Ma)和台湾隆升形成期(3.5 Ma~现今).其中28.5~23 Ma为物源转换期,陆源矿物组成和石英氧同位素值发生了明显改变,对应南海渐新世以来演化过程中构造活动最为活跃的时期.在此之前的渐新世南海扩张初期,研究区的沉积物主要来源于南部(很可能来自巴拉望陆块);随着南海的不断扩张,尤其是南海扩张轴在25~23 Ma发生向南跳跃后,南部巴拉望陆块不断远去,而此时由于青藏高原隆升导致的区域地貌变化还没有波及到云贵高原和华南地区,珠江等大河尚未发育,因此研究区以北的华南大陆的影响还很小或根本没有影响到研究区,结果陆源矿物沉积速率极低.随后由于青藏高原隆升的高度不断增加,河流发育,溯源侵蚀增加,华南内陆古老的沉积岩区成为南海北部主要物源区,南海北部转为以远源沉积为主,直到3.5 Ma前后由于台湾岛的抬升,大量物质进入南海北部,成为主要物源.物源转换期间在南海不断扩张的构造运动背景下由于物源供应匮乏,加上海平面的上升和较强的底流作用导致了ODP1148站位渐新世晚期的沉积间断.     

利用地磁脉动预报地球同步轨道相对论电子通量的方法研究

本文利用低纬地磁台站的Pi1、Pi2地磁脉动（Pi1-2）资料和地球同步轨道的Pc5地磁脉动资料,对2004年1月到2006年12月38个磁暴事件的地磁脉动参数进行了统计分析.在此基础上,考虑相对论电子的局部加速机制,并加入损失机制,建立了一个初步的磁暴期间地球同步轨道相对论电子通量对数值的预报模型.利用该模型,我们对上述38个磁暴事件进行预报试验,最优化结果是：相对论电子通量对数值的预测值和观测值之间的线性相关系数为0.82,预报效率为0.67.这说明该模式具有较好的预报效果,也表明利用地磁脉动参数进行相对论电子通量预报是可行的.     

蓟县元古界碳酸盐岩的碳同位素变化

天津蓟县元古界剖面长城系碳酸盐岩的δ~(13)C值基本为负值,蓟县系大体在(0±1)‰的范围内,进入青白口系井儿峪组一般在(2±2)‰的正值.从串岭沟组到大红峪组(约1700～1600 Ma)碳酸盐岩的δ~(13)C值大约由-3‰变化到0‰,但大红峪组δ~(13)C值大幅度振荡.蓟县系地层碳同位素组成发生两次较大的变化,分别在杨庄组和雾迷山第三亚组之后.相当完整和连续的碳同位素记录反映了约 1700～800 Ma全球海水的δ~(13)C值长期变化趋势.发生在约1700～1600 Ma和<约 1300 Ma海水的δ~(13)C值升高及大幅度振荡可能是两次全球性构造事件的响应.     

华南伊迪卡拉纪碳同位素时空变化及其对生物演化的影响

伊迪卡拉纪以地史上最突出的同位素负异常和重大的生物演化为重要特征. 迄今华南伊迪卡拉纪至少已报道了4个显著的同位素负向漂移. 以往多数研究认为这些同位素变化可做为这个时期全球地层对比的工具, 而近年的研究表明可能并非如此. 本文核查了华南各地伊迪卡拉系取得的碳同位素分析数据, 并分两个不同时期在古地理图上投点, 发现在同一时期不同沉积环境背景下碳同位素值(δ¹³C)空间分布变化很大, 但均显示出从浅水台地到深水盆地相区由正变负的明显趋势, 变化幅度高达11‰. 在纵向分布上, 重要新生物类群或生态类型的出现往往发生在碳同位素由负异常向正偏转折期, 在正偏期明显丰富多样. 如果碳同位素负偏移反映了海洋巨大溶解有机碳库的氧化过程, 则碳同位素正偏期的生物群快速发展和显著负异常可能代表了有氧和缺氧/富硫两种完全不同的环境条件. 我们认为黄铁矿或硫化物的大量析出对海洋富硫状态解除有重要贡献, 而后者可能是促进伊迪卡拉生物群演化的重要环境因素之一.