古气候演化特征、驱动与反馈及对现代气候变化研究的启示意义

古气候与现代气候变化研究如何有效结合,特别是古气候研究如何为理解现代气候变化过程提供背景条件、边界约束和理论框架,值得深入探讨。文章以现代、历史时期、全新世、晚第四纪和新生代为时间基线,回顾阐述了过去气候演变特征、成因机制及其对现代气候变化研究的启示意义,探讨了过去与现代气候变化融合研究中存在的不确定性。过去气候演化过程的研究,加深了人们对地球气候系统运行机制的理解。研究表明,各个时期中,地球气候经历了不同相位、幅度和速率的变化,气候系统各分量之间发生了复杂的相互作用,以地表温度为代表的地球表面热力环境演化是各不同阶段气候变化的基本表现形式。全球温度变化不仅受到太阳输出辐射、地球轨道参数和地球构造运动等的影响,而且与地球表层水圈中的海洋、冰冻圈中的大陆冰盖、生物圈中的海洋浮游生物和陆地植被,以及大气圈中的温室气体、粉尘气溶胶、水汽和云等活跃组分之间,存在着多尺度复杂反馈作用。在同一时间尺度上,气候系统分量的互馈通路可能是同向的、可比的,各分量之间的对应关系或具有一致性,研究结论对于预估未来气候变化有借鉴意义;但在不同时间尺度上,气候系统各分量之间的相互联系机制可能难有一致性和可比性,古今互鉴,就需要慎重。

     

白垩纪大洋缺氧事件研究进展

系统总结了白垩纪OAEs的研究进展,重点讨论了OAE1a、OAE1b和OAE2时期的有机碳(TOC)含量、碳同位素、古温度和锶同位素特征及其古环境指示意义,综合分析了白垩纪OAEs的成因机制。结果表明白垩纪OAEs的发生可能与该时期海底大规模的火山活动以及由其引起的气温升高、碳水化合物大量分解、水文循环加快和海洋生物生产力提高等一系列变化有关。对于白垩纪OAEs演化特征和成因机制的深入研究具有重要借鉴意义。通过对白垩纪OAEs的综合分析发现,当前的研究区域主要集中在大西洋/特提斯盆地及其周边陆地,而对南半球高纬度地区的研究报道迄今未见,从而无法对白垩纪OAEs进行全球性对比和系统性研究。今后我们将重点围绕南半球高纬度地区白垩纪OAEs的演化特征、成因机制及其古气候环境效应等进行深入研究。     

Nutrient flux into an intense deep chlorophyll layer in a mode-water eddy

An intense deep chlorophyll layer in the Sargasso Sea was reported near the center of an anticyclonic mode-water eddy by McGillicuddy et al. [2007. Eddy–wind interactions stimulate extraordinary mid-ocean plankton blooms, Science, accepted]. The high chlorophyll was associated with anomalously high concentrations of diatoms and with a maximum in the vertical profile of ¹⁴C primary productivity. Here we report tracer measurements of the vertical advection and turbulent diffusion of deep-water nutrients into this chlorophyll layer. Tracer released in the chlorophyll layer revealed upward motion relative to isopycnal surfaces of about 0.4 m/d, due to solar heating and mixing. The density surfaces themselves shoaled by about 0.1 m/d. The upward flux of dissolved inorganic nitrogen, averaged over 36 days, was approximately 0.6 mmol/m²/d due to both upwelling and mixing. This flux is about 40% of the basin wide, annually averaged, nitrogen flux required to drive the annual new production in the Sargasso Sea, estimated from the oxygen cycle in the euphotic zone, the oxygen demand below the euphotic zone, and from the ³He excess in the mixed layer. The observed upwelling of the fluid was consistent with theoretical models [Dewar, W.K., Flierl, G.R., 1987. Some effects of wind on rings. Journal of Physical Oceanography 17, 1653–1667; Martin, A.P., Richards, K.J., 2001. Mechanisms for vertical nutrient transport within a North Atlantic mesoscale eddy. Deep-Sea Research II 48, 757–773] in which eddy surface currents cause spatial variations in surface stress. The diapycnal diffusivity at the base of the euphotic zone was 3.5±0.5×10⁻⁵ m²/s. Diapycnal mixing was probably enhanced over more typical values by the series of storms passing over the eddy during the experiment and may have been enhanced further by the trapping of near-inertial waves generated within the eddy.     

地球轨道旋回沉积节律研究进展——兼论轨道旋回的沉积学特征、年代学意义和研究方法

地球轨道旋回是古代沉积记录中常见的由地球轨道参数变动控制的沉积节律,它不仅自身表现显著的节律性,而且通过反馈体系强烈影响着沉积作用。同时,轨道旋回节律在不同的沉积背景下以不同的沉积特征显现和规则性叠加。地球轨道旋回赋有的规则频率变化特征又使其具有年代学意义和应用价值,它是天文地质学、地层学及沉积学研究的重点内容。根据国内外资料综述了这些方面的研究进展,并探讨了地球轨道旋回的研究方法。     

赣南火山岩型铀矿分布规律及找矿前景

赣南地区具有良好的铀成矿地质背景,已成为我国重要的火山岩型铀矿产铀基地。笔者根据在赣南数十年的找铀实践,运用深源成矿和多元成矿理论,深入研究了区内南岭和武夷山两条岩浆岩铀-多金属成矿带中生代3个火山活动旋回的特征及其与铀矿的成生关系,总结了赣南火山岩型铀矿的分布规律、成矿模式及找矿思路,从而提出了4片有望发展成为铀矿大基地的靶区。     

暴雨作用下排土场平台–边坡系统土壤侵蚀过程模拟研究

为了探究冻融循环作用对土体结构和力学性质的影响机理,以内蒙古元宝山露天煤矿内排土场典型黏土为研究对象,采用室内冻融循环试验和MatDEM数值模拟,进行土体内部温度场、水分场和应力场的模拟分析。结果表明：排土场土料经过冻融循环后发生冻缩现象;低围压时应力−应变曲线呈现应变软化型,发生剪切破坏,围压升高后向应变硬化型转变,发生剪胀破坏;抗剪强度的劣化受前3次冻融作用的影响最为显著,在第3次达到最低值;温度的传递过程可划分为温度快速下降、缓慢相变过程、继续降温、温度稳定4个阶段;水分运移主要在温度传递的前2个阶段发生,且第二阶段的水分运移量居多;颗粒受冻融作用后整体半径缩小、分散性增大;温度和水分运移引起的颗粒胀缩、冰−水相变、冷生结构的形成等,导致颗粒的大小、位置、连接状态和颗粒间的应力等反复变化,共同驱动土体产生不可逆的结构性损伤,进而造成强度劣化。水分运移不仅为冷生构造的生长提供水源条件,还产生溶蚀、冲刷破坏,与水的相变共同成为冻融循环作用导致土体发生结构调整和应力场变化的主要原因。通过离散元法模拟冻融循环,有助于了解土体内部的力学特征和强度劣化机理,为冻区露天煤矿内排土场边坡及其他工程建设的稳定性研究提供参考。

     

干湿循环下原状黄土抗压强度试验研究

黄土是干旱、半干旱条件下形成的,具有特殊结构的土,季节性的降雨和蒸发作用必将引起其力学性质和结构改变,从而造成其强度降低和变形增大的问题。通过单轴抗压强度试验探讨了黄土抗压强度与含水率、干湿循环次数的变化规律,借助SEM图像定性和定量分析了其强度变化的微观机制。试验结果表明：黄土单轴抗压强度随含水率的减小表现为非线性的增大;随干湿循环次数的增加而减小,经历多次干湿循环后趋于稳定;含水率增大和干湿循环次数的增加不仅仅会使得粗颗粒的接触方式改变与胶体物质和腐殖质数量减少,还会使得土体孔隙直径增大,大、中孔隙所占百分比之和明显增多,进而从微观结构阐述了土体宏观强度的变化规律。     

海水硝酸盐氮、氧同位素组成研究进展

海洋中氮的生物地球化学循环影响着海洋生态系统的结构和功能,并和全球气候变化有着密切的联系,一直是海洋科学研究的重点和热点。海水硝酸盐的15N/14N和18O/16O比值可以反映海洋中氮循环的主要过程,因而成为研究海洋氮循环的一个重要手段。综述海水硝酸盐氮、氧同位素组成的测定方法,同化吸收作用、硝化作用、反硝化作用、生物固氮作用等氮循环过程所导致的氮、氧同位素分馏及其在海洋学研究中的应用。海洋生态系中硝酸盐氮、氧同位素的分布可以提供支持生物生产力的氮来源信息,以及氮在不同储库迁移转化的路径与机制。未来的研究需要发展适用于低含量硝酸盐的同位素测量方法,构筑海洋氮的收支平衡,掌握影响上层海洋硝酸盐氮、氧同位素变化的过程,获取全球海域有关硝酸盐氮、氧同位素组成的更多数据。     

鹤岗盆地石头河子组高分辨率层序地层与聚煤规律

运用高分辨率层序地层原理,通过岩心和测井资料的综合分析,对鹤岗盆地石头河子组进行了基准面旋回研究,识别出1个长期基准面旋回、5个中期基准面旋回和3种类型的短期基准面旋回。通过对比分析,建立了研究区高分辨率层序地层格架。研究表明,基准面旋回对聚煤演化起着重要的控制作用,在气候和地形条件适宜的情况下,长期基准面上升半旋回晚期和下降半旋回早期为聚煤作用有利时期,厚煤层形成于最大湖泛面附近;此期间持续时间长的中期基准面上升半旋回和较短的中期基准面下降旋回组合,有利于形成厚度大、分布范围广的煤层。研究成果对鹤岗盆地扩大深部煤炭资源勘探提供了依据。     

冻融循环对固化污泥力学及微观结构特性影响

冻融循环作用会改变固化污泥工程特性,影响固化污泥堆体稳定及安全。在封闭系统下对固化污泥进行冻融循环试验,每经历一次冻融循环,就测定固化体的无侧限抗压强度、渗透系数等工程指标,并根据试验结果选取试样进行扫描电镜和压汞试验。研究结果表明：第1次冻融循环作用使固化污泥强度衰减30%,渗透系数增大80%,随后变化幅度逐渐降低;经过约6次冻融循环后,固化污泥强度衰减幅度高达50%,渗透系数增加约1个数量级,随后基本保持恒定,渗透系数的变化较无侧限抗压强度变化表现出微弱的滞后性。随着冻融循环次数的增加,固化污泥孔隙体积逐渐增大,固化污泥强度逐渐降低,渗透系数逐渐增大。在封闭系统下,固化体内部水分结冰引起的总膨胀体积恒定,固化污泥内部水分分布均匀。当冻融循环作用达到一定次数后,孔隙体积不再持续增大,只是在空间上重新融合分布,使各参数逐渐达到恒定状态。研究成果对寒区污泥固化填埋的安全处理处置提供技术参数和指导。