古地磁场研究:挑战与机遇

地磁场源于地核流体的运动,至少已有约35亿年历史。地磁场的起源及演化一直是地球科学研究的前沿领域之一,这是因为它既是地球宜居环境的重要保障,也是探究地球系统各圈层联系的重要途径。本文重点围绕保留在岩石中的"深时"古地磁场记录,分析在地球内部磁场的形成与维持、地磁场极性倒转、以及地磁场强度变化等古地磁场研究三个方面的主要进展及面临的挑战。同时,结合古地磁测试技术的革新,磁发电机实验和超算模拟的应用,生物磁学的发展,阐述古地磁与地质学多学科交叉研究有望在揭示古地磁场变化及其对生物演化方面的贡献。对古地磁场变化的研究不仅有助于理解地磁场的起源与演化规律,也对认识地球的早期演化,甚至其它行星的演化有重要意义。     

基于文献计量学的地球生物学发展和演变趋势分析

地球生物学是生命科学和地球科学两大基础学科交叉而成的学科。拟通过学科门类的知识流动和研究主题的演变了解地球生物学的形成、发展和演化趋势;通过科研团队的分析,提供全球科研团队的科研合作可能性;通过研究前沿和热点分析对科技创新提供参考。研究发现,地球生物学发展早期主要从地球科学学科汲取知识,而发展中后期被其他学科引用较多,存在明显的学术溢出情况,流入学科主要为环境/生态学、植物&动物科学、微生物学、生物&生物化学和分子生物学&遗传学。地球生物学的研究主题变化不明显,天体生物学可能成为未来重点发展方向之一。麻省理工学院和哈佛大学地球生物学组研究方向重合最多,合作也最紧密。     

略论医学地质

医学地质主要研究地球上的无机物(元素、矿物、岩石等)和有机物(微生物等)对人类、动物和植物的作用和影响。这种作用和影响既包括致病的一面,也包括治病的一面,两者是辩证的统一体。研究表明:砷、汞、氡、石棉、晶质硅等地球物质及沙尘暴等均对人类健康造成危害。而通过对钙、磷等元素与人体骨骼的关系和元素-食物-心血管病关系的分析以及对某些人土食石习惯的探讨都清楚地证明了人体与地球的密切关系。地方病是医学地质研究的重点。我国在地方病防治工作中已取得重要成果。医学地质这一综合性边缘学科有着很大的发展潜力。     

地球生物相中的生境型:概念、模式和编图

地球生物相是地球生物学的主要研究内容及其表现形式之一.地球生物相是地史时期地球环境与生物相互作用过程中所记录的一系列生物(有机) 特征的综合.这些生物(有机) 记录是生物与环境相互作用的产物, 可以反映出其动力学过程.地球生物相的研究内容包括生物有机质形成、沉积到埋藏过程中的演化, 并由此可以定量恢复有机质变化的动力学过程.本文主要讨论地球生物相中有机质形成的基础, 即反映初级生产力的生物化石的类别、生物的丰度和分异性、生物的保存状态、生物类群结构分析(如生物的优势类群、特征类群、生物组合或生物群落、生物依存关系等) 等为基础的群落、生境型及初级生产力研究, 提出了碎屑岩海滩、潮坪、障壁-泻湖体系和碳酸盐缓坡、潮坪生境型模式, 并编制了生境型柱状图、断面图和平面图以供研究者参考.      

生物过程中的铁同位素地球化学行为及应用

铁是生物必需的营养元素,并且生物圈与岩石圈、水圈、大气圈密切联系。因此,了解生物过程的铁同位素地球化学行为,对于示踪铁元素在生物圈内部体系的迁移和循环,以及运用铁同位素示踪生物圈和岩石圈、水圈之间的相互作用都具有重要意义。本文对不同生物体的铁同位素组成特征以及不同生物过程的铁同位素地球化学行为进行了总结。结果表明,生物倾向于优先吸收铁的轻同位素,而且在食物链中随着级别的升高,这种情况越明显。生物诱发过程(包括异化铁还原作用和细菌氧化作用)中,铁只是提供或接受电子,并没有真正进入生物细胞体内,这些过程所产生的铁同位素分馏值和无生物参与氧化还原过程产生的铁同位素分馏值相同。生物(包括微生物、植物、动物和人)吸收过程中,铁进入生物体细胞内,这些过程的铁同位素分馏主要受氧化还原作用所控制。铁同位素在生物学、医学等领域具有很大的应用潜力,有可能会成为这些领域新的示踪工具。     

生物土壤结皮研究：进展、前沿与展望

生物土壤结皮是由隐花植物和相关土壤微小生物与表层土壤颗粒胶结而形成的复合体,与维管束植物覆盖一样,它是干旱区地表的重要覆盖类型(其盖度达40%)。生物土壤结皮是荒漠生态系统组成和地表景观的重要特征,在不同生物气候区的荒漠景观过程、土壤生态过程、土壤水文过程、土壤生物过程和地球化学循环过程,以及干旱半干旱地区生态修复过程中发挥着重要作用。关于生物土壤结皮的研究是地学和生物学学科交叉的前沿研究领域,已成为国际干旱区地表过程研究的重要核心科学问题之一。综述了国内外该领域最新研究进展,分析了研究的趋势,讨论了其前沿科学问题和未来研究的重点,以期促进我国生物土壤结皮的研究,加深对我国干旱半干旱区地表过程的认识。     

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     

地表自然界的第五态——“生物态”

生物态是地表自然界物质继“四态”(气态、液态、固态和场态)后的又“一种新型”的物态—地表自然界第五态物质。这种“生物态”物质是指生物学中的蛋白体及其属性—生命现象的微观和宏观过程,及其他表自然界生物现象所依赖的物质实体形态。它包括动物、植物、细菌微生物等有生命活动的有机个体和人类个体的新陈代谢功能和行为,也包括它们     

土壤—植物系统硒的迁移转化机制研究进展

元素硒是许多生物（包括土壤微生物,植物、动物和人类）机体必需的微量营养元素之一,而且对植物、动物和人具有双重生物效应。半个多世纪以来土壤—植物系统元素硒的迁移、转化和富集过程一直备受关注。土壤硒的存在形态包括可溶态硒、可交换态及碳酸盐结合态硒、铁锰氧化物结合态硒、有机物结合态硒和残渣态硒5种形态,其中可溶态硒和可交换态及碳酸盐结合态硒具生物有效性,有机物结合态硒随着有机质分解可转化为可溶态硒而成为土壤潜在有效硒源。不同植物硒含量水平取决于区域土壤有效硒含量和不同植物的硒吸收和富集水平。因此,土壤硒的生物有效性是决定食物链硒含量的关键,同时土壤有效硒通过调节根际环境和植物代谢过程提高植物抗逆性。土壤—植物系统元素硒的迁移和转化是一个复杂的生物地球化学过程,受地壳运动、母岩性质、气候、地貌、土壤环境（物理、化学和微生物活动）条件、土壤硒含量及其化学性质、植物种类及其生理习性、田间管理过程等因素的耦合作用影响。为充分合理利用土壤硒资源,将来应加强植物体内,尤其是主要粮食作物、蔬菜、果树和地道药材叶片、果实中硒迁移、转化和富集研究,为缺硒地区硒的生物强化、富硒地区农作物种植选择和居民食品选择及...     

古地磁学、工作方法及其应用(三)

古地磁的应用古地磁学在地球物理学和地质学方面的应用,其依据是地磁场在从前寒武纪到现在的全部演化过程中,磁极位置不断移动,极性经常倒转.也就是这一依据对大陆漂移和海底扩张等假说提供了重要证据.对地球膨胀说(即地球半径在缓慢地增大)提供了数据,可计算出各个地质史期的地球半径.用古地磁学研究宇宙星球(例如月球、陨石)上物质的磁性,从而了解地磁场的起源和演化等方面的问题.根据测得的地磁倾角,可算出样品产地的古纬度.     

生物和矿

生物圈呈一薄層复盖着地球,其中棲居和繁殖着生物。生物圈包括江河,湖泊和海洋里的水、地表層和陸地的土壤,以及大气層的下層。植物、动物和微生物的質量虽与地球的总質量比較起來是微不足道的,但是它們在地球的歷史中却超着卓越的作用。这与生物的積極作用有关,它們处在不断变化和轉变中,夺取并積累了大量的太陽宇宙能量,使化学元素     

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。     

实验埋葬学及其研究进展

实验埋葬学是涉及地质学、生物学、化学、物理学等学科的一门交叉渗透性研究科学。它是在实验条件下研究生物或生物残体由生物圈转变到岩石圈的一系列变化过程及其与环境因素之间的相互作用关系。通过对环境因素的控制,研究各生物类别和组织类型的保存潜力及可能的保存状态,以及各环境因素在化石形成过程中的作用和结果。近年来的实验研究已为解决软躯体化石库的成因、早期核生物的鉴定、牙形动物和伊迪卡拉生物群的属性等一系列古生物学上的难题提供了新的思路。     

光合作用的起源:一个引人入胜的重大科学命题

光合作用的起源是一个非常古老的事件,对这个事件的证据,包括基本生物学过程的开启和发展之类的问题,如地球早期光合作用生物的属性以及光合作用生物如何获取光合作用装置等,可能已经消失在时间的长河之中;因此,光合作用起源就成为一个引人入胜的重大科学命题。尽管如此,地质学、生物地球化学、比较生物化学和分子进化分析,为光合作用起源及其复杂的进化历史,提供一些新认识和新线索,主要涉及到以下3个方面:(1)光合作用生命的起源;(2)光合作用装置的起源;(3)光合作用催化剂的起源。追索科学家们对这一重大科学命题的持续研究与艰苦努力,以及所取得的一些重要而且富有智慧的认识,将为今后的深入研究提供一些重要的思考途径和研究线索。同时,追逐光合作用起源的研究进展,对于深入了解早期地球复杂的圈层耦合过程也具有重要意义。这些作用过程主要包括:(1)从不生氧光合作用到生氧光合作用的转变;(2)大气圈与生物圈之间复杂的相互作用和协同进化;(3)生氧光合作用起源与进化所造成的、从一个缺氧的大气圈到今天含氧大气圈的复杂演变过程;(4)大气圈和水圈的渐进氧化作用对地球表面环境以及生命的起源和发育所造成的一个长时间影响;(5)早期地球表层古地理面貌的成型等。更为重要的是,对光合作用起源的地质学尤其是沉积学思考所得出的一些重要认识,尽管不是结论,但是拓宽了沉积学的研究范畴,开阔了沉积学家的研究视眼,同时也成为一个多学科协同作战的范例。     

地球生物学方法与海相优质烃源岩形成过程的正演和评价

烃源岩存在生烃和排烃过程, 高-过成熟区还叠加了烃源岩有机质的强烈改造和破坏, 从海相地层残余有机质出发评价烃源岩的反演方法需要进一步完善.以探索生命系统与地球系统相互作用为主题的地球生物学为正演烃源岩形成的动力学过程提供了理论依据.分子地球生物学、地球微生物学、地球生态学和生物地球化学等地球生物学的各分支学科(要素) 为恢复烃源岩形成时的生产力及其组成、沉积有机质的量和类型、有机埋藏量及其过程和类型等提供了技术方法支撑, 分别论述了如何利用地球生物学的技术方法来定量计算原始生产力、沉积有机质和埋藏有机质.表征地球生物学过程的地球生物相则综合和集成了烃源岩生物相、有机相和沉积相的相关信息, 包含了生境型(群落型)、生产力和有机埋藏等定量化指标, 它为建立优质烃源岩的地球生物学评价体系服务.通过烃源岩实验模拟得出的有机质恢复系数对残余有机碳进行恢复, 并与地球生物学得出的埋藏有机质进行量的对比, 由此实现地球生物学方法与传统反演方法的接口和校正.      

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。     

论生物地球化学分异作用

本文首次提出生物地球化学分异作用的概念,并从地史时期的古生物和现代生物（植物、动物、微生物和人类）的地球化学分异作用事实,论述生物选择吸收分异作用和生物选择富集分异作用两种类型。同时阐明了它们的形成机理,生物体内靶细胞,靶组织和靶器官结构功能和生理作用的特异性和专属性的需求,即内因;而地球的生态环境地球化学物质场内,存在着的电子构型,地球化学参数、物理和化学性质以及不同生态环境条件下,表现各异的地     

海洋浮游生物原位观测技术研究进展

原位观测技术在生物海洋学过程研究中的应用,从海洋生物多样性、海洋生物的生理生态响应和宏观的生态过程及其变动机制等方向的研究中得到迅速的发展,极大提高了对海洋生物学、生态学以及不同时空尺度生物地球化学过程的认识.包括原位光学检测技术、水下显微摄像与自动化鉴定技术、水下流式细胞技术、分子生物传感器等新型原位观测技术,拓宽了各类型观测平台的研究对象范围.重点阐述生物海洋学原位观测技术的发展现状、应用实例及其在立体海洋观测系统中的应用前景.     

用功能形态分析对寒武纪分类位置有疑问的古杯动物的生态学解释

古杯动物是寒武纪海洋中分布最广泛,并具钙化骨骼的生物类别之一。它们在寒武纪又明显地完全绝灭,导致很难说明其系统分类位置。仅仅根据其形态学的标志,它们被置于不同的藻类、原生生物、海绵类等。最终,它们被作为一个独立的门,然而,几乎无人对其生态学进行探讨。对现生及化石钙质海绵研究的新进展允许我们对古杯的一些问题做一新的探讨:1)已发现海绵动物的骨骼或许并非骨针构成(Vacclet,1977);2)海绵动物和古杯动物的骨质纤     

显生宙初期带壳动物演化的生物地球化学背景

简要地阐明了显生宙初期带壳动物演化的生物地球化学背景的研究意义.从生态圈系统、沉积地质地球化学、水圈地球化学、大气圈地球化学以及地球化学成矿时代等方面论述显生宙初期带壳动物生物地球化学背景的特征.