东北平原杜蒙钻孔的磁性地层学和磁化率对松嫩古湖演化的指示

湖相沉积是过去气候环境变化研究的重要地质记录.东北平原在早-中更新世时期曾发育一个巨型湖泊(松嫩古湖), 对这一古湖的演化历史和机制仍需多钻孔的进一步研究.本研究针对东北平原杜蒙(HL)钻孔沉积物开展了²⁶Al/¹⁰Be同位素年代学、古地磁年代学、磁化率地层学和岩石磁学研究, 结果表明: (1)令字组和林甸组湖相沉积的界线为约900 ka; (2)林甸组的磁化率明显高于令字组, 令字组的高矫顽力弱磁性矿物贡献相对较大; (3)林甸组磁化率的升高可能与湖平面降低、水动力增强、入湖的强磁性矿物增多或者氧化还原条件改变, 从而生成了强磁性铁的硫化物有关; (4)约900 ka前后, 松嫩古湖萎缩, 可能与中更新世气候转型期间大西洋深层翻转流(Atlantic meridional overturning circulation, 简称AMOC)减弱致使热带辐合带(Intertropical Convergence Zone, 简称ITCZ)南移, 以及海平面下降造成更多陆地暴露地表, 水汽输送距离增加, 进而共同导致东亚夏季风降水减少有关.

     

地球化学组成揭示的杜蒙沙地化学风化和沉积再循环特征及其对风尘物质贡献的指示

对杜蒙沙地的河流冲积砂、河漫滩泥质粉砂、沙质古土壤和风成沙等不同类型沉积物进行了采样（27组）,对这些样品的细颗粒组分（<63 μm）进行了常量元素、微量元素、稀土元素（REE）和Sr-Nd同位素比值等地球化学分析,就杜蒙沙地的化学风化、沉积再循环特征及其对风尘物质的贡献等展开了讨论。结果显示,杜蒙沙地的地球化学组成表现出空间的均一性,低的化学蚀变指数CIA（48~56,平均52）及A-CN-K和A-CNK-FM图解均表明了杜蒙沙地仅遭受了低级的化学风化程度。沙地的成分成熟度较低,大部分河流沉积物表现出初次循环沉积特征,系大兴安岭东侧中酸性岩浆母岩风化剥蚀的产物经嫩江搬运堆积形成;古土壤表现出与河流沉积物相同的初次循环特征,表明古土壤的成土母质是河流沉积物,这与野外地层出露情况一致;风成沙表现出再循环沉积特征,系河流沉积物就地起沙搬运堆积形成。不活动元素比值、REE和Sr-Nd同位素比值等物源判别图解,结合植被和地貌状况,一致表明杜蒙沙地与东北平原中东部的风尘物质没有地球化学亲缘关系,其对该地区（甚至下风向更远地区）的大气风尘的贡献很小。     

不同自然环境和城市功能区的土壤黑碳特征及来源研究综述

黑碳是由生物质和化石燃料等燃烧产生的一系列含碳物质,长期广泛分布于土壤、大气等多种载体中,且表现出不同的环境效应。土壤作为一种不可再生的自然资源,是人类生存与发展不可缺少的物质基础,也是支撑城市发展的空间和生态基础。土壤中的黑碳构成土壤有机碳库的重要组分,且影响着土壤肥力、结构、有机污染物等多方面。目前,对黑碳的研究集中在其对环境的影响,我国在这方面的研究开始较晚,特别是对土壤中黑碳的研究还处于起步阶段。本文详细分析了土壤黑碳的可能来源（自然火灾、人类农业活动、化石燃料燃烧以及汽车尾气排放等）,概括了常见的土壤黑碳来源辨析方法（黑碳形态特征分析、黑碳/有机碳比值分析、黑碳碳同位素分析）,总结了国内外对不同自然环境、不同城市功能区的土壤黑碳研究现状。最后,提出了全球黑碳研究亟待关注和解决的关键问题,以期为将来合理制定控制黑碳排放的相关政策,减缓黑碳对环境质量和人体健康的影响,提供重要的理论依据。     

东北平原东部天恒山钻孔的粒度特征及其对地层划分的指示

东北平原东部荒山剖面是我国东北地区的第四纪典型剖面,但针对该剖面的地层划分和成因的研究尚存在不同看法,对其开展详细的粒度特征研究有望对该剖面的地层划分和地层成因提供进一步的认识。通过天恒山（THS）钻孔对该区地层进行高分辨率的粒度特征研究,并与黄土高原典型黄土进行对比。研究结果显示哈尔滨组地层平均粒径、中值粒径以及粒级百分含量等大幅度波动,呈现黄土-古土壤地层旋回变化特征,黄土层粒度粗,古土壤层粒度细,与黄土高原典型第四纪黄土的粒度特征一致。荒山组地层则呈现小幅度波动,沉积动力较稳定。哈尔滨组和荒山组的粒度频率分布、C-M图及粒度参数（平均粒径、标准偏差、偏度、峰度）等特征均存在显著差别,指示二者的沉积动力过程明显不同。基于以上粒度特征,结合沉积相特征和已有划分方法,THS钻孔中-晚更新世地层自上而下可划分为哈尔滨组和荒山组,并将哈尔滨组地层判定为风成堆积,将荒山组地层判定为河湖相沉积。      

真菌-玄武岩相互作用过程中真菌属种差异对元素释放行为的影响

真菌在矿物、岩石风化和元素溶解过程中发挥着重要作用。土壤中分布和生长着多种真菌,这些不同真菌在矿物和岩石风化,以及元素溶解过程中发挥的作用可能存在显著差异。为限定此差异,本研究从玄武岩风化土壤中分离获取了4种真菌(Aspergillus pesudofelis、Aspergillus viridinutans、Aspergillus undagawae和Aspergillus clavatus),设计批式溶解实验,探究了实验室条件下(28℃、30天内)4种真菌对玄武岩的风化作用,主要通过分析元素(包括Mg、Al、Si、Ca、Ti、Mn、Fe、Ni和Sr)的溶解速率和机制揭示不同属种真菌造成的玄武岩风化差异,并选取其中两种典型真菌所在的体系进行分析。实验结果显示不同属种真菌对玄武岩的风化和元素溶解的作用确实存在显著差异:1)与无机对照组相比,真菌A.pseudofelis的生长使得溶液pH值发生显著变化,元素的线性释放速率(Ril)显著升高;2)不同种真菌对体系pH值和Ril的影响差别巨大,且并非所有真菌均能加快玄武岩风化,如经过30天反应,含真菌A.pseudofelis体系溶液pH值上升了2.1,元素Mg的线性释放速率是无机对照组的22.5倍;而含真菌A.viridinutans体系溶液pH值仅上升了0.1,Mg的线性释放速率与无机对照组近似相等;3)Mg、Al、Ca、Ti元素的线性释放速率Ril最大值均出现在溶液最低pH值条件下,表明这4种元素的释放行为很大程度上受控于质子交换作用,而Fe和Ni的释放则由真菌代谢的草酸主导。由此可知,不同种真菌对有机酸代谢水平的差异影响了玄武岩中元素的释放行为。这也可能表明,在岩石早期风化过程中,具有较强有机酸(如草酸)代谢能力的真菌在Fe和Mg等生命必需元素的释放过程中起着重要作用。     

约900 ka前后冰期夏季风降水减弱:东北平原湖相沉积物的粒度证据

中更新世转型(mid-Pleistocene Transition,简称MPT)期间,除了冰量周期由40 ka向100 ka的特征转变之外,约900 ka以后,高纬冰量、全球海平面和大气CO₂/大洋碳库的变幅也都发生了明显变化,这些因素对东亚夏季风的演化产生了深远影响。但关于此时期东亚夏季风降水的变化趋势及其驱动机制,目前尚存在不同看法。本文在前期古地磁和光释光(optically stimulated luminescence,简称OSL)年代框架的基础上,基于东北平原QAL钻孔上部71 m的沉积物粒度重建了夏季风降水演化序列。结果表明：1)时间跨度为1180~450 ka的林甸组和令字组均为较细颗粒的湖相沉积,且林甸组明显较令字组颗粒粗;2)粒度粗的层位代表低湖面阶段,反映降水少,为冰期,反之亦然;3)小波分析显示约900 ka后,100 ka周期特征明显,为通过与深海氧同位素对比获得更精细的年龄序列奠定基础;4)约900 ka后,冰期的降水有明显减弱的趋势。高纬冰量扩张造成的全球海平面下降导致更多陆地暴露出海平面,增加了大洋水汽的输送距离,可能是降水减少的一个影响因素。大西洋经向翻转流(Atlantic Meridional Overturning Circulation,简称AMOC)减弱,热带太平洋区域"热带辐合带"(Intertropical Convergence Zone,简称ITCZ)南移,可能是东亚夏季风降水减弱的另一重要原因。古湖相沉积能够用来重建长尺度夏季风降水变化,未来应加强东亚季风区不同区域古湖泊沉积研究,进而弥补长尺度夏季风演化研究存在的不足,这将有助于更好理解轨道尺度夏季风演化的动力机制。

     

地磁极性年表的发展回顾

磁性地层研究是对新生代乃至中生代沉积序列定年的重要方法之一。地磁极性年表作为磁性地层定年的标准,其精度对地层学、古生物学、古气候学等领域的研究有重要影响。回顾了地磁极性年表的发展历史,并着重介绍了当前天文极性年表的发展现状。按照地磁极性年表不同时期的发展特点,可将其发展大致归纳为3个阶段:①早期阶段:20世纪60年代末,主要基于火山岩剩磁测量和K/Ar测年建立了最近约5Ma以来的地磁极性年表;②中期阶段:20世纪60年代末到90年代初,基于大量海底磁异常条带相对宽度建立了中中生代以来完整的地磁极性年表;③现今阶段:20世纪90年代以来,基于天文学和古气候学研究对极性界限的轨道调谐,正在构建高精度的天文极性年表。在天文学和古气候学发展的推动下,高精度的天文极性年表有望取代传统的CK95年表而被广泛应用并促进相关领域的发展。     

黑龙江林甸地热田热水微生物多样性与群落结构分析

【研究目的】研究地热系统微生物群落组成有助于揭示地热流体地球化学演化和指示热储地球化学环境。已有研究显示,林甸地热田热水还原性强且富含甲烷,但关于微生物在甲烷形成中的作用研究较少。本文旨在分析林甸地热田热水中微生物的群落结构和多样性特征,并揭示其甲烷生成途径。【研究方法】在地热供暖季和非供暖季采集并测试了9个热水微生物样品,并对热水中微生物多样性、群落结构及功能基因进行了分析。【研究结果】属水平上,林甸地热水中优势细菌主要为不动杆菌属(Acinetobacter,>80%),与已有报道的地热系统有一定差异,而同油田热水相似;供暖季和非供暖季热水中细菌多样性差异较大,非供暖季细菌多样性高于供暖季,但古菌多样性基本不受开采影响;优势古菌以广古菌门(Euryarchaeota)产甲烷菌为主,地热流体中的甲烷气体主要源于H₂还原CO₂产甲烷途径,而甲基歧化产甲烷作用和H₂还原甲基化合物产甲烷途径次之。【结论】林甸地热田热水中微生物多样性和群落结构较为独特,与地层中有机质含量较高、地热开采扰动有关。     

黑龙江五大连池喷气锥(碟)表壳裂隙成因研究

喷气锥（碟）是五大连池世界地质公园内重点保护的熔岩地貌,它们是熔岩喷发冷却后形成的。目前,许多喷气锥（碟）表壳上分布有裂隙。这些裂隙造成了喷气锥（碟）的破坏。本文根据喷气锥（碟）的形成过程,分析了熔岩的温度变化。建立喷气锥（碟）的三维模型,通过数值计算得到熔岩降温后的温度应力分布。在此基础上,运用断裂力学理论分析喷气锥（碟）上裂隙的形态及分布特征。研究表明:熔岩喷发冷却形成喷气锥（碟）时会产生温度应力,并且最大主拉应力迹线呈环状分布。该温度应力作用下形成的裂隙具有竖直、相互平行、近似等距、由表及里等特征。故此认为喷气锥（碟）竖直状裂隙为熔岩冷却过程中产生的原生裂隙。本文还分析了喷气锥（碟）上裂隙尖端钝化现象以及裂隙密度差异现象的原因。