21世纪的大洋钻探——IODP

人类在地球科学方面已取得了相当大的成就,但就研究范围而言,却仅仅触及了地球的表层。IODP是一项国际性的大洋钻探计划,预期将于2003年10月正式开始实施。IODP将运用新的科学方法、科技设备,使人类对大洋底乃至整个地球系统得出更深、更广的认识。简单介绍了IODP的由来、组织机构、钻井技术、前期科学目标及中国的深海研究现状,提出中国参与IODP的必要性和可行性。通过了解21世纪的IODP在研究课题及研究技术方面的最新动态,不仅有助于我国根据国际动态调整深海研究的方向,制定符合我国需求的研究计划,而且有助于我国把握参与21世纪IODP的时机和策略,迎接“海洋世纪”的挑战,从而逐步实现“从地学大国走向地学强国”的目标。     

琼州海峡岸礁潮间带生物

本文记录了2000年7月琼州海峡西口雷州半岛灯楼角珊瑚岸礁调查采集的25种造礁石珊瑚，以及栖息于湖间带的7类39科88种底栖生物，其大多数种类属于印度-西太平洋热带区系。优势类群是软体动物和节肢动物。珊瑚礁段底栖生物的平均生物量、栖息密度和多样性值分别为1173．30g／m^2，790．0个／m^2和5．69，由于造礁石珊瑚的存在为其他底栖生物提供了良好的生态环境，从而丰富了本区底栖生物的种类组成、数量、分布和群落结构。     

春季西北太平洋热带气旋与海温场和大气环流的关系

本文利用1951～1987年286个网格点太平洋月平均海温场及500hPa月平均位势高度场,分析了春季西北太平洋（不含南海）热带气旋与海温场和大气环流的关系。结果表明:前期太平洋海温场与春季热带气旋生成数有显著的相关,并以前一年夏季和前期冬季更为明显。影响春季热带气旋生成的太平洋海温场主要有两个关键区,一个位于赤道东太平洋,为负相关:一个位于北太平洋中部,为正相关。文中还从海温对大气环流影响的角度出发,分析了春季热带气旋活动特多年与特少年前期及同期500hPa大气环流的特征及两者之间的差异。最后利用逐步回归方法作了春季西北太平洋热带气旋长期趋势预报。     

刘公岛海洋牧场底层海水溶解氧浓度的变化特征

由于缺乏长期观测资料,前人对山东半岛邻近海域海水溶解氧的时间变化和空间分布特征的研究较少。本文基于威海刘公岛海洋牧场于2016年7月20日至2017年3月14日期间,利用生态环境实时在线观测系统获得的底层海水的温度、盐度、水深、溶解氧数据,分析了该牧场海水溶解氧浓度的时间变化特征及其影响因素,并探讨了低氧灾害发生的可能性。结果表明在观测期间,该牧场海水溶解氧浓度以季节变化为主,冬季最大、夏季最小,其中2月份平均值最高,约为10.86mg/L,8月份平均值最低,约为5.91mg/L。同时海水溶解氧浓度也存在显著的小时变化和日变化,且变化幅度于8月份最大、3月份最小。影响海水溶解氧浓度变化的主要因素是海水温度,溶解氧浓度随着温度的季节性变化而变化。夏季,水体分层会使溶解氧浓度发生大幅度的降低,大风过程对于溶解氧浓度也有一定的影响,通过打破夏季的季节性温跃层使水体发生垂向混合从而为海底提供氧气,但大风过程之后的几天会出现溶解氧浓度降低的现象。本次研究发现刘公岛海洋牧场在观测期间不存在低氧现象。     

俯冲带火山岩硼及其同位素特征：华南中生代玄武岩初步研究

硼及其同位素能够有效地反映由于俯冲板片脱水引起的湿地幔楔部分熔融过程在火山岩中存留的地球化学信息。本次研究中使用同位素稀释法对华南中生代玄武岩进行了硼含量的测定，结合稀土与微量元素分析结果对玄武岩成因及构造背景进行探讨。玄武岩的硼含量主要集中在（1~5)×10-6，只有几个样品具有较高的含量（最高可达19×10-6)，按时代和空间位置划分出的3组样品在硼含量上没有明显差别。在B/Ce, Nb/Be的协变图解上，中侏罗世玄武岩表现出OIB特征。最临近太平洋板块的白坚世东区玄武岩富集LILE，并出现Nb-Ta亏损，具有岛弧火山岩特征，但硼没有富集。进行系统的B-Li-O同位素分析能有效地揭示华南中生代玄武岩的形成过程及该区的构造演化。     

中地壳的地球化学动力学和矿石成因

笔者重点进行了大于300℃——在近临界区至超临界区条件下的硅酸盐矿物与水反应动力学实验。矿物(钠长石Ab、透辉石Di、阳起石Act和磁铁矿Mt)的溶解反应动力学实验是使用流体通过叠层反应器的开放体系在25～400℃和22MPa下完成的。实验发现矿物在300℃至400℃范围,在跨越水临界点时出现反应速率的涨落。各种多金属氧化物硅酸盐与水反应时,各个元素溶解到溶液里的释放速率一般不一样,常称为一致溶解作用。但是,在近300℃变为一致溶解作用。实验发现在22MPa时硅酸盐矿物的最大溶解反应速率多是在300℃,如硅的最大释放速率是在300℃。其余元素如Na、K、Mg、Ca、Fe、Al等释放速率在<300℃22MPa时都高于硅的释放速率,在>300℃时硅的释放速率要高于其它元素的释放速率。确切地说,金属与氧之间的键的性质决定了它们(金属氧化物)与水之间反应速率。在一般情况下,Na-Obr,Ca-Obr,Mg-Obr,Al-Obr和Si-Obr的键桥(br),它们之间相对地由具有离子键性质逐步变为具有极性键的性质。由常温常压到亚临界区(300～374℃22MPa),再到大于临界点374℃、22MPa进入超临界区,水的性质随温度、压力变化。水由容易溶解离子键逐渐变为容易打破极性键。笔者还研究了黑钨矿、锡石(玄武岩、花岗闪长岩)与水在250～400℃条件下的反应动力学过程,得出了相同的结果。实验均发现在跨越水临界点时矿物(或岩石)与水反应的动力学涨落。这些实验结果可以用于说明中地壳上部的水/岩相互作用的特征。发生于中地壳的水、岩相互作用大多是在300～450℃和20～50MPa条件下进行的。各地区的地壳厚度不一,中地壳温度压力并不完全相同。模拟中地壳条件下水/岩相互作用实验,目的主要是研究矿物(或岩石)在300～450℃条件下反应动力学过程。已有热液矿床矿物流体包体数据表明:有一批矿床的主要矿石形成于300～500℃,低于NaCl H2O溶液临界线的条件。中地壳的流体处于由亚临界态跨越临界态,进入超临界流体太的演化过程。这种流体的性质变化会引起水/岩相互作用的反应动力学涨落和矿石大量沉淀。     

古新世—始新世最热事件对地球表层循环的影响及其触发机制

古新世—始新世最热事件（PETM, Paleocene Eocene Thermal Maximum）是发生在古新世—始新世交界时的一次全球性的气候突变事件。它造成了大洋环流模式的突然倒转和海水盐度、大气湿度的迅速上升。海洋表层生态系统和陆地生态系统生产力迅速上升,许多属种的植物、动物、微生物生活范围向高纬区扩大;大洋底栖微生物发生集群灭绝。现代哺乳动物的主要属种（灵长类、奇蹄类及偶蹄类）产生,哺乳动物演化进程发生重大改变。地球表层碳循环系统发生不同程度的碳同位素负偏移,全球碳循环系统发生大规模搅动。对于PETM的触发机制,主流的观点认为是海底天然气水合物突然释放造成巨量甲烷迅速进入表层系统引发的碳循环系统内部反馈。而对于甲烷释放的原因,又存在着减压释放和热释放两种解释;此外还有科学家用岩浆作用和地外星体撞击来解释PETM的发生。     

极端干旱荒漠区典型晴天大气热力边界层结构分析

利用极端干旱区敦煌野外观测试验资料,分析了极端干旱荒漠区夏季典型晴天位温、风速、比湿等主要物理要素的垂直结构特征及其地表热力和近地层大气运动特征的日变化规律。发现在极端干旱地区夏季晴天大气热力边界层结构十分独特。在夜间,贴地逆温层最低在900 m以上,最厚可以达到1 750 m,逆温层上面的残余层一般能达到4 000 m左右的高度。在白天,位温超绝热递减层高达1 000 m,超绝热递减层上面的混合层最高达3 700 m,混合层顶上还有大约450 m甚至更厚的夹卷层。当白天对流层发展达到残余层以后,混合层的发展明显加快。风速和比湿垂直廓线特征很好地印证了大气热力边界层独特的结构特征,地表热力和近地层大气运动特征也为这种独特的大气热力边界层结构提供了较好的物理支持。     

不同类型沉积物磁化率的比较研究和初步解释

沉积物的磁化率分析以被广泛应用在第四纪古气候研究中,不同类型沉积物磁化率的解释可能存在明显的差异.本文选择了黄土、冲积物、湖积物、风沙堆积和南方红土等五种不同类型的沉积物,进行了磁化率的测试,粒度和孢粉分析,试图通过对沉积物磁化率和相关古环境指标的研究,对不同类型沉积物的磁化率予以对比并进行初步解释.研究结果表明,黄土和湖泊沉积中磁化率的变化主要受气候变化的影响,是指示古气候的重要指标;河流沉积物和风沙沉积物的磁化率主要受粒度的影响;影响南方红土磁化率的因素十分复杂,其磁化率的解释比较困难有待进一步的研究.这一研究表明,鉴于不同沉积物磁化率的影响因素存在明显的不同,因此在运用磁化率进行古环境解释时须持慎重态度.