密度温度Tρ——一个新的大气热力学变量

在近年出版的湿大气对流专著和论文中［１,２,３］,引入了一个新的大气热力学变量——密度温度Ｔρ。现根据有关文献及我们的理解,对其介绍如下。１　虚温Ｔｖ考虑到密度温度Ｔρ可称为广义虚温,故我们先重温一下虚温的概念。众所周知,在气压ｐ和温度Ｔ相同的情况下,空气密度ρ随水汽含量而变化：湿空气比干空气轻;水汽含量越多,湿空气密度越小。习惯上,将密度与水汽含量的相关性放到一个修正的温度——虚温Ｔｖ中去考虑,使得［１］：　　　ＲｄＴｖ≡Ｒ′Ｔ,　或Ｔｖ≡Ｔ１＋ｒ／ε１＋ｒＴ（１＋０．６０８ｒ）（１）其中,…     

内蒙古固阳地区角闪石等矿物分离结晶形成的新太古代TTG片麻岩——来自元素地球化学和热力学模拟的证据

内蒙古固阳地区存在大量的新太古代末期(石英)闪长质-英云闪长质-奥长花岗质-花岗闪长质(DTTG)片麻岩组合。LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年得到了石英闪长质片麻岩和英云闪长质片麻岩的结晶年龄分别为(2 504±11)和(2 514±7)Ma,在石英闪长质片麻岩中同时得到了约2.6 Ga的继承锆石年龄。这些石英闪长质(D)片麻岩具有相对较低的w(SiO₂)(62.08%～62.62%)和Sr/Y值(23.3～39.8),w(MgO)(2.08%～3.06%)和w(TFe₂O₃)(5.43%～6.01%)相对较高,不具有或具有弱的Eu负异常(Eu/Eu^*为0.91～0.98),轻、重稀土元素分异相对不明显((La/Yb)_N为7.59～21.60),显示岛弧钙碱性岩石的地球化学特征。结合其锆石Hf同位素组成,本文认为其形成于相对低压较浅层次古老下地壳的部分熔融,同时有幔源熔体的加入。固阳新太古代末期英云闪长质-奥长花岗质(TT)片麻岩则显示较高的w(SiO₂     

Na+,K+,Rb+,Cs+//SO2-4-H2O体系固液相平衡热力学模拟

锂云母、铯榴石等矿物的硫酸盐焙烧浸出,是从中提取锂铷铯钾等碱金属元素的重要步骤,所得硫酸盐浸出液可近似看作Li⁺,Na⁺,K⁺,Rb⁺,Cs+ // SO₄2--H₂O六元水盐体系;其在浓缩过程呈现复杂的成盐特征,增加了各碱金属元素分离提取的难度,研究其相关水盐体系相图和相平衡性质对理解浸出液中碱金属的分离具有重要的理论指导意义。本文采用Pitzer-Simonson-Clegg超额Gibbs自由能方程和具有内在热力学一致性的CALPHAD方法,构建了Na⁺,K⁺,Rb⁺,Cs⁺//SO₄2--H₂O五元体系的多温固液相平衡热力学模型。借助该模型:1)实现了对Na₂SO₄₊Rb₂SO₄₊H₂O、Na₂SO₄₊Cs₂SO₄₊H₂O和K₂SO₄₊Cs₂SO₄₊H₂O三元体系的多温溶解度等温线的准确描述,并进一步构建了这些体系在240.15~380.15 K温度范围内的多温相图;2)实现了对K₂SO₄+Rb₂SO₄₊H₂O和Rb₂SO₄₊Cs₂SO₄₊H₂O体系中存在的固溶体相—水溶液平衡关系的准确描述,确认了(K,Rb)₂SO₄连续固溶体、以及(Rb,Cs)₂SO₄(α)和(Rb,Cs)₂SO₄(β)间断固溶体存在的合理性;3)预测了上述五元体系中所包含的全部4个四元子体系(Na₂SO₄₊ K₂SO₄₊ Rb₂SO₄+H₂O、Na₂SO₄ + K₂SO₄₊Cs₂SO₄₊ H₂O、Na₂SO₄₊ Rb₂SO₄₊Cs₂SO₄ + H₂O和K₂SO₄₊Rb₂SO₄₊Cs₂SO₄₊ H₂O)的相图,明确了四元相图中固溶体的类型及形成区域。然而,模型预测结果与现有四元体系实验数据间存在普遍的不一致性,尤其是固溶体形成区域,但模型预测结果从非实验角度给出了重要参考,对现有实验提出了挑战,未来对这些体系开展更为精细的实验研究非常必要。     

变质作用p-T-t轨迹的研究方法与进展

变质作用p T t轨迹理论的提出完全改变了人们对变质作用过程的认识。地壳加厚区(造山带)内区域变质作用发生于地壳从热扰动到热松弛的动态演化过程中,岩石的p T t轨迹是地壳加厚的方式及机制、热松弛速率和岩石折返速率的综合函数。一维热模拟假设引起热扰动的构造作用在瞬间完成,岩石在折返过程中开始变质作用演化。二维热模拟结果表明在地壳加厚过程中(岩石埋藏阶段)伴随明显热效应,岩石在折返过程中有少量加热,达到温度峰值。反演变质作用的p T t轨迹包括3种方法：传统地质温压计方法,吉布斯/微分热力学方法和变质相图方法。无论哪种方法,都必须以详细岩相学研究为基础,在岩石中划分出两期以上矿物组合。传统地质温压计方法被广泛使用,但在确定不同期次矿物组合的平衡和p T条件上有若干不确定性。吉布斯/微分热力学方法理论上非常完善,依据矿物(石榴石)的生长环带计算岩石的p T t轨迹,但是由于难以确定矿物生长阶段的矿物组合变化,以及缺少复杂固溶体的活度模型等,致使该方法实用性较差。目前反演岩石p T t轨迹的最好方法是变质相图方法,该方法依据p T视剖面图上矿物等值线温压计,模拟由矿物的世代关系和生长环带所记录的p T条件变化,并可以定量模拟变质过程中的矿物组合演化、变质反应和流体行为。对不同中压型变质带和超高压型地体中岩石p T t轨迹的反演模拟表明,岩石在构造埋藏阶段应伴随明显热效应,发生一系列递增变质作用,几乎同时达到压力与温度峰值,岩石折返过程以等温降压型(ITD)为主。这与一维热模拟结果很不相同,而与二维热模拟结果大体相似,但一般折返速率更快。     

凹凸棒石对Bt蛋白的吸附特性及其对生物活性的影响

通过静态吸附实验,研究了苏云金杆菌(Bt)杀虫蛋白在凹凸棒石表面上的吸附动力学和热力学规律,考察了时间、温度、pH和蛋矿比对吸附性能的影响。研究表明:Bt杀虫蛋白能够迅速被凹凸棒石吸附,30min基本达到吸附平衡。吸附动力学对准一级、准二级、内扩散和Elovich模型的符合程度依次为:准二级模型>Elovich模型>准一级模型>内扩散模型。吸附温度升高,吸附量下降。在pH 7~10范围内,pH升高吸附量下降。初始蛋矿比升高,吸附量升高但吸附率下降。在278~318 K范围内,凹凸棒石对Bt蛋白的吸附是一个自发、放热和熵增过程。吸附自由能(△G_(ads)~0)在-35.56~-38.37 k J mol-1之间,吸附焓(△H_(ads)~0)为-16.16 k J mol~(-1),吸附熵(△S_(ads)~0)为69.47 J mol~(-1)K~(-1)。利用FTIR和XRD对吸附复合物进行了表征,提示Bt蛋白被凹凸棒石吸附后其结构没有明显变化。Bt蛋白被凹凸棒石吸附后杀虫活性提高,且抗紫外光降解能力增强,这一结果为Bt高效制剂开发和凹凸棒石的应用提供了实验依据。     

基于热力学过程的渤海海冰生消模型

为了对渤海海冰生消问题进行模拟,基于三维自由水面垂向分层动网格的Euler-Lagrangian模式,采用VC（Vertex-Centered）方式的非结构化有限体积方法离散三维浅水方程组,模拟渤海的水流运动过程。以此水动力场为背景,引入热力学过程的影响,对渤海海域的冬季结冰过程进行模拟,建立了海冰生消模型。其中热力学参数主要包括大气温度、相对湿度、风场特征、太阳辐射、感热通量系数以及潜热通量系数。以渤海2011/2012年常冰年的结冰过程为例,将各个热力学参数对冰情影响的敏感性进行分析,对模型进行了验证。结果表明,感热与潜热系数是对冰情影响最敏感的一项,即当感热和潜热通量系数仅减小了0.000 2后,其海冰的最大厚度就减小了15 cm。最后,通过连续实测的水动力数据与2009/2010年冬季的典型海冰灾害过程再一次对模型进行了验证,充分说明了模型具有较高的精确性、稳定性与实用性。     

非饱和土土-水特征曲线的温度效应

基于热力学的理论,利用van Genuchten的土-水特征曲线表达式,建立了一种能考虑温度影响的土-水特征曲线方程,并给出了推导过程。该表达式综合考虑了温度对表面张力和浸润系数的影响。相对于根据试验数据拟合的表达式,该表达式具有更加坚实的理论基础,更具适用性和一般性。选用MX-80斑脱土和黄土土样的试验结果,将该方程预测结果和试验结果进行了比较;可以看到,所提出的方程能较好地反映非饱和土土-水特征曲线随温度而变化的情况。     

井孔水温对远场巨震同震响应及其机制的数模研究

热量的流动必然伴随着温度的改变,地震活动期间的井孔水温同震响应也服从热力学的基本规律。本文以汶川8.0级地震和日本福岛9.0级地震为例,以海口ZK26井水温同震响应的观测数据为基础,运用热力学传导方程的数值模拟方法,研究了同震响应过程中井孔水温度变化与热量传导之间的关系及相关的热力学机制问题。通过正演的方法,得出沿井深方向不同时刻水温同震响应变化的数值模拟曲线,水温数值模拟曲线与实际测量数据一致。研究结果表明,井孔中水温同震响应方式（上升、下降或不变）,与水温传感器的位置、热源的位置和分布、传感器与热源之间的相对空间等因素有关。     

无机生油假说及其在中国的应用前景

无机生油假说认为,原油和天然气和近地表的生物物质没有根本联系,它们是生成于地幔内的非生物来源的碳氢化合物。因而油气不是一个不可再生资源,而是一个可再生资源。无机生油假说得到地质学、物理学和化学等三个基本学科的支持。在地质观察上,发现全球许多大油田的油气储藏与原始生物物质之间数量上有巨大落差,难于解释它们是由生物生成的。此外,有许多地区在结晶基底或变质基底内,或直接位于其上的沉积岩中发现石油。从生物生油假说来说,也是无法理解的。在化学上,早在二战期间,德国已由人工合成石油(费托合成),并生产了占德国战争中用油的9%的石油。无可争辩地说明,无机可以生成石油。根据化学(物理学)热力学理论分析确认,甲烷是唯一一种在标准温压条件(温度为298.15 K;压力为101325 Pa)下稳定的碳氢化合物,从甲烷形成正常烷属烃只有在压力>3×106kPa、温度>700°C时(相当于地下深度约100 km)才有可能。在地壳内的温压条件下由生物变质形成石油的假说,与化学热力学的基本原则相抵触。从氧化的有机分子,如碳水化合物(C6H12O6)形成较高的碳氢化合物在任何条件下都是不可能的。根据我国长期对深部构造的研究,笔者认为在中国东部及西太平洋蘑菇云岩石圈地幔发育的地区是寻找巨型无机油气田的有利地区,建议在发育蘑菇云岩石圈地幔地区开展无机油气田的勘探,并在无机油气田远景地区布置超深参数钻,以评价含油气远景。另外建议加强物探工作,尤其是研究地震勘探处理基底内三维含油气构造的技术。     

A New Formation Mechanism of Coesite without the Plate Deeply-Subduction and Fast-Exhumation——Comment on the Article “Discussion on Some Problems of Quartz-Coesite Phase Transition”

本文分析评论了嵇少丞等(2010)发表的“石英—柯石英相变研究中若干问题讨论”一文.指出他们对柯石英非俯冲折返新机制的一些误解,对某些热力学、物理学概念,及其在地学问题中的解释理解的不同.分析了机械球磨的作用机制;论证了机械球磨作用本质与构造挤压剪切作用本质的同一性.分析了岩石糜棱岩化过程的两个阶段;讨论了地震波形成柯石英机制的可能性.围绕比较标准问题,论证了高能机械球磨(预处理)能大大降低α-石英转变成柯石英的压力、温度和合成时间,促进柯石英的形成.用小尺度不均匀局域高压微区模型解释了人工合成柯石英的规律性、南极洲天然矿物的行为,柯石英的寄生矿物、岩石——锆石、榴辉岩包裹体、非包裹体的形成.列举事例澄清了“球磨引进的Fe杂质提高柯石英形成压力迟缓合成”的说法;讨论了第二相存在对石英—柯石英转变的影响和“应变禁区”边界区的应力梯度相变驱动力可以形成柯石英问题.指出了机械球磨石英原料预处理和静高压合成柯石英后处理两步法,是一种实验室研究柯石英形成规律的有效物理方法;小尺度不均匀局域高压微区模型和无需板块深俯冲快折返的柯石英形成机制,是一种有希望的柯石英形成新机制.