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大地幔楔的两个深部碳循环圈:差异及宜居效应

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地学前缘 2024年第1期31卷 15-27页

作者：李曙光汪洋刘盛遨中国地质大学(北京)地质过程与成矿国家重点实验室北京100083 中国科学技术大学中国科学院壳幔物质与环境重点实验室安徽合肥230026

本文总结评述了西太平洋板块深俯冲及在东亚地幔过渡带滞留和与之相关的晚白垩世和新生代东亚板内玄武岩共同构成的大地幔楔板内深部碳循环圈存在的证据;探讨了大地幔楔板内碳循环圈与岛弧系统碳循环圈在地幔碳酸盐化交代介质、碳酸盐... 详细信息

本文总结评述了西太平洋板块深俯冲及在东亚地幔过渡带滞留和与之相关的晚白垩世和新生代东亚板内玄武岩共同构成的大地幔楔板内深部碳循环圈存在的证据;探讨了大地幔楔板内碳循环圈与岛弧系统碳循环圈在地幔碳酸盐化交代介质、碳酸盐种属、氧化还原反应及碳酸盐化地幔部分熔融发生机制等方面的差异和对显生宙大气氧含量保持稳定及温室效应周期性变化的影响;并指出了定量估计深俯冲碳酸盐歧化反应还原成金刚石而留在地幔过渡带和通过板内玄武质火山返还大气的碳各自所占有比例应是未来需研究的重要课题。

关键词：岛弧碳循环圈板内碳循环圈大地幔楔宜居气候

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大陆碰撞带深熔变质与花岗岩成因

地球科学 2024年第1期49卷 1-28页

作者：郑永飞陈仁旭高彭中国科学技术大学地球和空间科学学院安徽合肥230026 中国科学院壳幔物质与环境重点实验室安徽合肥230026 中国科学院比较行星学卓越研究中心安徽合肥230026

大陆碰撞带是地壳岩石发生深熔变质和花岗岩浆作用的重要场所,也是超大陆发生聚合和裂解过程的关键位置.对深熔变质作用的理解有助于揭示地壳分异过程和花岗岩成因等诸多问题,同时对威尔逊旋回过程中超大陆动力学的理解有重要启示.在大... 详细信息

大陆碰撞带是地壳岩石发生深熔变质和花岗岩浆作用的重要场所,也是超大陆发生聚合和裂解过程的关键位置.对深熔变质作用的理解有助于揭示地壳分异过程和花岗岩成因等诸多问题,同时对威尔逊旋回过程中超大陆动力学的理解有重要启示.在大陆碰撞过程的不同阶段,其动力体制会从挤压变成拉张,地温梯度会由低变高,从而形成时空分布不同、矿物组合各异的变质岩和岩浆岩.在大陆碰撞和俯冲的挤压阶段,变质温压比值较低,只有硬碰撞引起的地壳加厚产生的高压麻粒岩相变质作用以及深俯冲导致的超高压变质作用,不会发生深熔变质作用.在大陆深俯冲结束之际,板块界面动力体制由挤压变为拉张,受到超高压变质的地壳会以岩片状沿俯冲隧道发生逆冲折返.在大陆碰撞后阶段,一旦碰撞带岩石圈地幔发生减薄,软流圈地幔上涌导致主动张裂,上覆地壳就会在高的地温梯度下发生巴肯型深熔变质作用,从而形成大量的花岗岩.因此,地壳深熔变质和花岗质岩浆的发育程度与岩石圈厚度的变化密切相关.虽然幔源镁铁质岩浆结晶分异作用是大洋俯冲带之上花岗岩形成的常见方式,但是地壳部分熔融才是大陆碰撞带花岗岩浆作用的典型方式.地壳岩石性质是形成不同类型花岗岩的关键,I型和S型花岗岩分别主要来自于变火成岩和变沉积岩的部分熔融,而A型花岗岩则起源于堆晶或残留体的部分熔融.脱水熔融和水化熔融是产生花岗岩浆的两种基本物理化学机制,二者可在同一区域内发生,构成脱水-水化耦合的部分熔融机制.大陆碰撞带作为古板块缝合带,也是构造薄弱带,易于发育大陆主动张裂,这是在碰撞后阶段深部陆壳脱水-水化耦合熔融直至浅部陆壳部分熔融的主要构造机制,结果形成花岗岩-混合岩-麻粒岩高温岩石组合.一般来说,超大陆聚合阶段与碰撞挤压背景下的变质作用相关,而超大陆裂解与主动张裂拉张体制下的变质作用相关.虽然大陆张裂未必都能成功,但是其中夭折张裂在业已汇聚板块边缘最为常见.因此,夭折大陆张裂与陆内深熔变质作用和花岗岩浆作用之间的关系最为密切,这也是正确认识超大陆聚合之后到裂解之前陆内地质过程与构造演化之间关系的关键.

关键词：大陆碰撞深熔变质花岗岩浆大陆张裂陆内造山化学地球动力学汇聚板块边缘

非线性最小二乘法在傅里叶变换红外光谱定量分析中的误差估计

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光子学报 2024年第4期53卷 20-31页

作者：李新春刘建国徐亮沈先春徐寒杨束胜全王钰豪金岭邓亚颂孙永丰中国科学技术大学环境科学与光电技术学院合肥230026 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室合肥230031

根据统计学的参数估计理论,提出在傅里叶变换红外光谱定量分析中使用非线性最小二乘法进行浓度反演的参数误差估计方法。实验中,通过光谱平均次数来控制噪声水平,以此来评估不同噪声水平下混合气体中各组分反演结果的估计误差。结果表明... 详细信息

根据统计学的参数估计理论,提出在傅里叶变换红外光谱定量分析中使用非线性最小二乘法进行浓度反演的参数误差估计方法。实验中,通过光谱平均次数来控制噪声水平,以此来评估不同噪声水平下混合气体中各组分反演结果的估计误差。结果表明,对于自研抽取式傅里叶变换红外光谱仪,8次平均光谱即可满足反演误差小于3%的需求,64次平均光谱的反演结果配合估计误差可以实现对平均浓度的覆盖率达到100%。随着噪声水平的降低,仪器、环境等非噪声因素的扰动是估计误差的主要部分。该方法在优化光谱定量分析的参数配置和指导光谱仪器系统设计等诸多方面具有重要的应用前景。

关键词：傅里叶变换红外光谱定量分析非线性最小二乘多组分误差估计

金属稳定同位素示踪关键金属的运移和超常富集

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地质学报 2024年第5期98卷 1550-1572页

作者：胡霞邓庚辛陈栩琦盛佳儒黄方中国科学技术大学地球和空间科学学院中国科学院壳幔物质与环境重点实验室安徽合肥230026 中国科学院比较行星学卓越创新中心安徽合肥230026

关键金属矿产对于国家经济和安全意义重大,然而其富集机制仍然存在争议,即受控于岩浆的结晶分异作用还是热液流体作用。传统的地球化学手段只能间接制约成矿物质的来源,难以区分分离结晶和岩浆热液作用对成矿的影响,而Rb、Ba、Sr、U等... 详细信息

关键金属矿产对于国家经济和安全意义重大,然而其富集机制仍然存在争议,即受控于岩浆的结晶分异作用还是热液流体作用。传统的地球化学手段只能间接制约成矿物质的来源,难以区分分离结晶和岩浆热液作用对成矿的影响,而Rb、Ba、Sr、U等流体活动金属的同位素体系则对这两种机制具有不同的响应。笔者分别对喜马拉雅和华南地区的富关键金属花岗岩进行了Rb和Ba同位素研究,结果表明,当矿物结晶时,残留熔体中Ba同位素变重,Rb同位素不变;而当岩浆热液作用时,花岗岩中Ba同位素变轻,Rb同位素变重。此外,深部岩浆出溶的热液流体对亲流体易迁移的关键金属元素的富集具有重要贡献。上述研究表明,金属稳定同位素(尤其是流体活动金属的同位素)对于示踪岩浆-热液作用和成矿流体来源具有非常好的效果。

关键词：金属稳定同位素关键金属超常富集岩浆-热液作用同位素示踪

基于MAX-DOAS观测的鹤山地区对流层甲醛廓线反演研究

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光谱学与光谱分析 2024年第6期44卷 1781-1788页

作者：钱园园罗宇涵周海金窦科常振杨太平奚亮汤付颖徐自强司福祺中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室安徽合肥230031 中国科学技术大学安徽合肥230026

甲醛(HCHO)是大气中一种十分重要的痕量气体,它不仅与人类健康和环境密切相关,还在对流层光化学反应中扮演着极其重要的角色。近年来,我国珠三角地区的秋季对流层臭氧及甲醛污染问题较为严重,而对流层甲醛也是分析边界层臭氧形成机理的... 详细信息

甲醛(HCHO)是大气中一种十分重要的痕量气体,它不仅与人类健康和环境密切相关,还在对流层光化学反应中扮演着极其重要的角色。近年来,我国珠三角地区的秋季对流层臭氧及甲醛污染问题较为严重,而对流层甲醛也是分析边界层臭氧形成机理的关键性指标之一,因此,在珠三角地区开展甲醛观测实验具有十分重要的意义。利用多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)反演了鹤山超级站2019年9月20日至10月3日期间的氧气二聚体(O_(4))与HCHO的差分斜柱浓度(DSCD),使用几何近似法得到了甲醛的大气质量因子(AMF),进而获得了对流层甲醛的垂直柱浓度(VCD)。结果显示,观测期间的对流层甲醛VCD在4.99×10^(13)~6.48×10^(16)molec·cm^(-2)之间波动,平均值为2.18×10^(16)molec·cm^(-2)。将MAX-DOAS反演的对流层甲醛VCD与TROPOMI结果进行了对比,结果表明,MAX-DOAS与TROPOMI结果近乎一致,相关性系数R为0.80,但9月25日与28日的TROPOMI结果偏低了约25%,这可能是由于观测方式不同所导致的。此外,该研究还基于反演的O_(4)与甲醛DSCD,使用基于最优估计算法的海德堡大学廓线反演算法(HEIPRO)反演了观测期间的对流层气溶胶及甲醛廓线,结果表明,甲醛污染主要集中在近地面0~800 m内,观测期间的甲醛污染主要来源于当地的工业及机动车尾气排放。将MAX-DOAS技术反演的近地面甲醛结果与2,4-二硝基苯肼色谱技术测量结果进行了对比,结果表明,两种技术的近地面甲醛结果的一致性较高,均观测到了9月27至29日的近地面甲醛高值(峰值达到了14.31μg·m^(-3)),且相关性系数R为0.88,斜率为0.98,验证了MAX-DOAS技术反演的近地面甲醛结果的可靠性。MAX-DOAS技术可实现对流层甲醛VCD的实时监测,可作为验证星载观测结果的一种重要手段,结合最优估计算法,MAX-DOAS技术还可以实现对流层甲醛廓线的反演。

关键词：多轴差分吸收光谱技术对流层甲醛最优估计算法鹤山卫星校验

基于高通量定量PCR与高通量测序技术研究城市湿地公园抗生素抗性基因污染特征

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环境科学 2024年第1期45卷 576-583页

作者：黄福义周曙仡聃潘婷周昕原苏建强张娴中国科学院城市环境研究所城市环境与健康重点实验室福建省流域生态重点实验室厦门361021 中国科学院大学北京100049 中国科学院华南植物园退化生态系统植被恢复与管理重点实验室广州510650

城市湿地公园是城市湿地保护与利用的重要实践,具有重要的生态系统服务价值.抗生素抗性基因(ARGs)作为一种新污染物,在水体环境中普遍存在,是当前环境研究和公众关注热点.基于高通量定量PCR与16S rRNA基因高通量测序技术,深入研究了厦... 详细信息

城市湿地公园是城市湿地保护与利用的重要实践,具有重要的生态系统服务价值.抗生素抗性基因(ARGs)作为一种新污染物,在水体环境中普遍存在,是当前环境研究和公众关注热点.基于高通量定量PCR与16S rRNA基因高通量测序技术,深入研究了厦门城市湿地公园水体环境中抗生素抗性基因的种类、丰度水平和分布特征.结合微生物群落特征和水质理化性质,阐释了城市湿地公园抗生素抗性基因污染的影响因子和驱动机制.结果表明,城市湿地公园水体环境总共发现了217种抗生素抗性基因,丰度水平高达6.48×10^(9)copies·L^(-1),抗性基因呈现出丰度较高、种类多样以及普遍共存的特点,城市湿地公园是抗生素抗性基因分布的重要热区和存储库;Marivivens、NS5_marine_group和Planktomarina等9种微生物是41种抗生素抗性基因的潜在携带者,微生物群落结构对城市湿地公园水体环境抗性基因变化的单独解释量达到了51%,因此微生物群落是城市湿地抗生素抗性基因赋存和演化最重要的驱动力.基于研究结果,暗示着城市湿地公园水体环境抗生素抗性基因具有潜在水生态安全及人类健康风险,应该加强城市湿地公园水体环境微生物污染研究与控制.

关键词：高通量城市湿地抗生素抗性基因(ARGs) 水环境新污染物

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新元古代氧化事件驱动海洋Ba循环变化

高校地质学报 2024年第3期30卷 288-296页

作者：卫炜隋佩珊陈婷婷黄方中国科学技术大学地球和空间科学学院中国科学院壳幔物质与环境重点实验室合肥230026 中国科学技术大学中国科学院比较行星学卓越研究中心合肥230026

新元古代晚期出现大气和海洋氧气含量显著升高的现象,即新元古代氧化事件(NOE)。该事件可能促使了后生动物的出现与辐射以及复杂生态系统的建立。海洋中的氧化过程可改变海水的化学组成,如Fe、C、S的价态和种型,而海水中Ba的生物地球化... 详细信息

新元古代晚期出现大气和海洋氧气含量显著升高的现象,即新元古代氧化事件(NOE)。该事件可能促使了后生动物的出现与辐射以及复杂生态系统的建立。海洋中的氧化过程可改变海水的化学组成,如Fe、C、S的价态和种型,而海水中Ba的生物地球化学循环则主要受S的种型及浓度的控制,特别是硫酸根浓度。文章介绍了NOE如何改变海洋Ba循环:(1)NOE之前,海水硫酸根浓度极低,Ba循环处于保守状态;(2)NOE期间,海水硫酸根浓度升高,处于重晶石过饱和状态,导致沉积物中过剩Ba的富集以及层状重晶石的形成;(3)NOE之后,海洋重晶石过饱和状态一直持续到古生代末期,而中生代以后海洋硫酸根充足,Ba循环主要受控于生产力,呈现非保守性。此外,文章还指出,Ba同位素在重建新元古代晚期海洋Ba浓度,继而反演海水硫酸根浓度(即氧化程度)研究中均具有独特的优势。

关键词：海洋氧化 O-Fe-C-S-Ba循环保守元素 Ba同位素早期生命

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基于光声光谱气溶胶吸收测量的标定方法研究

光谱学与光谱分析 2024年第1期44卷 88-94页

作者：徐秋怡朱文越陈杰刘强郑健捷杨韬杨腾飞中国科学技术大学环境科学与光电技术学院安徽合肥230026 中国科学技术大学研究生院科学岛分院安徽合肥230026 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室安徽合肥230031 先进激光技术安徽省实验室安徽合肥230026

大气气溶胶吸收太阳辐射,直接影响地气系统辐射平衡,降低能见度,改变局地气候效应。光声光谱技术具有灵敏度高、原位测量、结构简单等优势,是研究气溶胶吸收特性最为直接、有效的方法。光声光谱近红外气溶胶吸收系数测量系统的精度与标... 详细信息

大气气溶胶吸收太阳辐射,直接影响地气系统辐射平衡,降低能见度,改变局地气候效应。光声光谱技术具有灵敏度高、原位测量、结构简单等优势,是研究气溶胶吸收特性最为直接、有效的方法。光声光谱近红外气溶胶吸收系数测量系统的精度与标定方法密切相关,为了探究不同标定方案的差异,选择NO_(2)气体(532 nm)和单分散苯胺黑气溶胶(532、 1 064 nm)分别开展气溶胶吸收系数标定实验。其中,单分散苯胺黑气溶胶的标定方法主要基于Mie理论,结合苯胺黑气溶胶粒子数浓度、苯胺黑气溶胶粒子的复折射率、苯胺黑粒子粒径分别计算532和1 064 nm单分散苯胺黑气溶胶吸收系数。实验结果表明:NO_(2)气体获取的标定系数介于苯胺黑气溶胶在532和1 064 nm波长处获取的标定系数之间,与532 nm波长处粒径225 nm的苯胺黑单分散气溶胶、 1 064 nm波长处粒径125 nm的单分散苯胺黑气溶胶标定系数相近,在其他粒径处存在一定差异。尽管NO_(2)气体与苯胺黑气溶胶在特定波长处具有相似的连续吸收特征,对于同一标定系统,标定气体和气溶胶性质、状态不同导致标定过程仍然存在光声效应之外的光与物质的相互作用、标定介质损耗、测量环境等不确定因素,这些都会导致这两种标定介质的标定结果差异;苯胺黑气溶胶采用不同波长光源得到的标定系数明显不同,同一粒径的单分散苯胺黑气溶胶在532 nm波长处获取的标定系数约为1 064 nm波长处标定系数的1.5~2倍。导致该结果的可能原因有两个,一是未准确获取1 064 nm波长处苯胺黑的复折射率,二是标定过程中532 nm光束、 1 064 nm光束与谐振腔的匹配模式不一致导致;标定系数与单分散气溶胶的粒径存在反比关系,随着苯胺黑气溶胶粒径每增大50 nm, 532 nm波长光源的标定系数减小19%, 1 064 nm波长光源的标定系数减小12%。标定系数与粒径的反比关系可能由不同粒径的苯胺黑气溶胶粒子经过管道和光声池的损耗不同导致。由此可见,气体标定方法与气溶胶标定方法各有其优势与不足,但两种标定方式都可以获取相应的标定系数,在实际标定方法的选择上,需要综合考虑多种因素,选择合适的标定方法。

关键词：光声光谱气溶胶光学吸收系数气溶胶吸收系数标定

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基于无监督学习的风洞压敏漆图像配准算法

光学学报 2024年第9期44卷 156-168页

作者：刘康孙熊伟施海亮王先华叶函函程晨朱锋吴时超中国科学技术大学安徽合肥230026 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所安徽合肥230031 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室安徽合肥230031

为满足压强敏感涂料(简称“压敏漆”)图像准确、快速的配准需求,提出一种基于无监督学习的压敏漆图像配准方法——PIR-Net。首先,针对风洞环境中零件的大程度形变问题,构造多尺度的网络框架,实现压敏漆图像由粗到细的配准;其次,构造类似... 详细信息

为满足压强敏感涂料(简称“压敏漆”)图像准确、快速的配准需求,提出一种基于无监督学习的压敏漆图像配准方法——PIR-Net。首先,针对风洞环境中零件的大程度形变问题,构造多尺度的网络框架,实现压敏漆图像由粗到细的配准;其次,构造类似U-Net结构的卷积网络,实现图像宏观结构特征和局部细节特征的融合;最后,设计基于结构相似性的损失函数并引入梯度场约束,以提高特征稀疏图像的配准精度。实验结果表明,相较于领域内的典型配准方法,所提方法的归一化互相关指标提高了16.4%,均方误差提高了19.1%。

关键词：机器视觉压敏漆图像非刚性变形图像配准无监督学习