地球内部极端条件下流体和物质相互作用:透过金刚石窗口探测地球深部流体

报道关于地球内部极端条件下的流体实验研究的最新进展。使用金刚石压砧结合各种谱学方法及同步辐射光源技术,在高温超高压条件下原位直接测量物质的结构和性质,已经获得分子-原子尺度信息新的实验数据。本项工作使用金刚石压砧对高压(10GPa)和高温高压(800℃,3GPa)条件下的NaCl-H2O进行红外谱原位直测,研究了高压和高温高压下水分子结构,发现水分子的O—H振动特征峰频率随温度向高波数变化,而且,在临界态区域时水分子间的氢键网格被破坏。实验说明:地球内部流体性质由深到浅不断变化,如水的密度、介电常数等物理参数随温度压力而改变,在临界态出现突变。这些变化可以用高压高温的物质的各种谱学特征来表征。水的性质与它的分子结构、分子振动有关。在跨越临界区时水的性质异常涨落是由水分子结构异常变化、分子振动形式变化和氢键网格破坏所导致的。从分子尺度认识地球内部流体在极端条件下的性质和高压原位实验观测有助于我们进一步了解地球深部物质的性质及其相互作用,有助于认识深部过程。     

庐枞火山岩盆地正长岩与水反应动力学实验研究

为了模拟庐枞火山盆地基底的水热反应和正长辉长岩-二长岩-正长岩与水相互作用,深入剖析深部流体携带金属来源的可能性,本文利用开放流动体系的叠层流动反应器实验研究25~435℃、23~35MPa条件下二长岩-正长岩与水相互作用的化学动力学过程。研究表明,造岩元素、成矿元素和痕迹元素,在低温至水临界态的升温过程中溶解产物在水中的浓度(或溶解速率)不断变化,它们的最大溶解速率出现在不同温度。主要元素Si、Al等最大溶解速率出现在300~400℃范围,即,在跨越水的临界温度时出现溶解速率的涨落。或者说,正长岩-H2O体系中元素的溶解速率主要是温度的函数,此外,压力也对大部分元素的溶解速率产生影响,但是,对于各元素溶解速率随温度而变化的基本规律影响不大。实验重要的发现:相当于中地壳的温度即300~400℃时反应很特殊。硅酸盐矿物的硅被强烈溶失和矿物岩石会垮塌。实验表明:相当于中地壳温度(300~400℃)发生的二长正长岩与水相互作用对庐枞火山盆地深部矿床形成产生重要影响。长期的含金属流体活动造成了金属矿石的形成。水/岩反应动力学过程的温度因素:不同金属元素的最容易溶解和沉淀温度的区别导致了金属-蚀变分带性。实验还揭示,纯水与二长正长岩的反应可以淋滤出大量有色金属元素,在溶液的浓度可以到几百×10~(-9),如Ni、Mn、Cu、Zn,它们从二长正长岩里被溶解释放速率也很高。以往,研究表明火山盆地铁矿的物质来源于围岩。这次实验研究显示:水与二长正长岩的反应同样影响着盆地金属矿的形成和盆地深部、上中地壳的流体性质。实验对于理解上中地壳发生的水岩相互作用也有普适性意义。     

关于环保监测站的“计量认证”工作

关于环保监测站的“计量认证”工作王秀梅，张荣华，胡春燕，刘五英（晋中地区环境保护监测站）计量认证工作实际上就是我国法定计量机构根据法律的规定，对监测站实验室的测试能力和可靠性所进行的全面考核工作。计量认证评审的过程就是对监测站整体能力与技术水平考核鉴...     

萤石在流动体系内溶解反应动力学和表面化学

萤石在水、HCl溶液流动体系的溶解反应动力学实验发现,在温度≤100℃条件下,变动流速、反应速率方程的级数由0可以变到1,2或更高.远平衡时,萤石与水反应速率方程为零级.溶解反应速率取决于输入溶液的pH值,实质上,反应速率与萤石表面上质子化的活化结点浓度[■SOH]有关.对照XPS观测研究反应前、后萤石表面变化,确认表面化学过程影响反应速率:当萤石与HCl-H_2O反应,除氢离子之外,阴离子也进入矿物表面影响反应速率.     

地球深部流体演化与矿石成因

文中重点讨论含矿NaClH2 O溶液在从高温、高压向低温、低压条件改变时性质变化对矿石形成过程的影响。通过对含矿NaClH2 O溶液的实验观测获得对地球深部流体性质的新认识。地球深部的NaClH2 O流体大多处于超临界态流体 ,在上升过程中经减压降温后 ,通过临界态 ,进入低于临界态的热液状态。流体在这一跨越临界态的转变过程中造成了大多数矿石的沉淀。自然界里的许多矿石是在开放流动体系和在非平衡的化学动力学过程中形成的。开放流动体系矿物与水的反应动力学实验 ,证明一些矿石可能形成于流动热液。跨越临界态这一转变过程中的矿物水反应动力学实验结果表明了反应速率的大涨落。地球深部流体在上升过程中的性质演化、流动体系和非均相反应动力学是现代矿石成因研究的 3个关键问题     

太平洋大尺度环流数值模拟 Ⅲ：季节变化

本文在年平均环流数值模拟基础上,用季节变化的大气强迫场又积分了12年,并对由模拟得到的太平洋海面起伏、洋流、温度、海表热通量和上层热储存率等的季节变化特征作了较为详细的阐述和与已有观测结果进行了比较,事实证明,模式基本上模拟出了观测到的太平洋大尺度环流基本特征及其季节变化,证实基于理论考虑设计的IAP OGCM模式具有较好的性能和对实际环流的模拟能力,有些结果并优于国外一些具有同等分辨率的海洋模式。     

1986—1987厄尔尼诺事件的数值模拟

用高分辨率自由表面热带太平洋环流模式，在观测到的风应力和热量、水汽通量驱动下，对１９８６—１９８７厄尔尼诺（Ｅ１Ｎｉｎｏ）事件进行了数值模拟。各种变量场的时空结构及其演变表明，模式成功地模拟出１９８６—１９８７厄尔尼诺现象。始于１９８６年年中，赤道西太平洋的西风异常所推动的向东表层洋流不断向中、东太平洋输送暖水，至１１月份，大量暖水在日界线附近堆积，造成海面上升（达３２ｃｍ）和斜温层（用２０℃等温线深度表示）加深。１９８６年年底的强西风异常激发出赤道Ｋｅｌｖｉｎ波，并向赤道东太平洋和南美沿岸传播，使那里的斜温层加深和海面上升，且具有双峰结构；Ｋｅｌｖｉｎ波所伴随的垂直冷平流的减弱造成赤道中、东太平洋海表温度上升；１９８７年春季在中、东太平洋和南美沿岸地区存在强的正海表温度异常，并伴随着整个赤道太平洋斜温层东西方向变平、赤道潜流弱而中心位置变浅。厄尔尼诺相伴随的热带太平洋环流异常首先于１９８７年年中从东太平洋开始消失，而中、西太平洋则一直维持到１９８８年初。     

热带太平洋年际尺度和热带不稳定波引起的叶绿素变率对ENSO调制的互补效应

在热带太平洋,观测数据表明海表叶绿素(Chl)表现出年际尺度变率和由热带不稳定波(TIW)引发的中小尺度扰动这两者的共存现象;两者通过海洋生物引发的加热(OBH)反馈对ENSO造成的联合影响尚未得到充分的表征和理解.本文利用一个混合型大气-海洋物理-生物地球化学耦合模式(HCM AOPB)来量化年际和TIW尺度上Chl扰动对ENSO的单独以及联合调制影响. HCM敏感性试验结果证实了两者对ENSO振幅存在相反的作用,其中大尺度Chl年际变率造成的海洋生物-气候反馈效应通过其对上层海洋层结和垂向混合的影响来减弱ENSO,而TIW尺度的Chl扰动则倾向于增强ENSO.气候模式中ENSO的模拟敏感地依赖于对不同尺度上Chl效应的表征方式,因此有必要在气候模式模拟中充分地考虑不同尺度上Chl引发的气候效应.本文揭示了热带太平洋Chl效应是气候模式中ENSO模拟的一个偏差源,可为不同尺度上热带太平洋气候系统与海洋生态系统间相互作用提供新的见解.这些结果也揭示了ENSO调制的复杂性:即热带太平洋海洋生物地球化学过程相关的年际和TIW尺度上的Chl扰动与物理过程间的相互作用可对ENSO产生协同效应.