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加强地球系统内外联动的研究

科学通报 2024年第2期69卷 146-148页

作者：徐义刚谢树成中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室广州510640 中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室地球科学学院武汉430074

地球科学在经历了19世纪的神创论到进化论、20世纪的固定论到活动论两次转型发展之后,到21世纪迎来了地球系统科学的大发展时代[1],地球科学的研究前沿和发展方向正发生重要变革.地球系统科学的一个关键主题是地球系统的内外联动,它不... 详细信息

地球科学在经历了19世纪的神创论到进化论、20世纪的固定论到活动论两次转型发展之后,到21世纪迎来了地球系统科学的大发展时代[1],地球科学的研究前沿和发展方向正发生重要变革.地球系统科学的一个关键主题是地球系统的内外联动,它不仅涉及地球的物理过程、化学过程和生命过程交织在一起的动力学过程,还直接关系到宜居地球的形成及其发展演化.“十四五”期间科技部启动的“地球系统与全球变化”专项正是这一发展主题的体现.

关键词：地球科学地球系统科学物理过程转型发展固定论神创论内外联动发展演化

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生物炭辅助湿法球磨锰渣增效吸附Sb(V)

中国环境科学 2024年第7期44卷 3741-3748页

作者：陆红雨程红光 Gratien Twagirayezu 房鑫黄鉎岚邓林波吉波中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室贵州贵阳550081 中国科学院大学北京100049 长江大学资源与环境学院湖北武汉430100

为提高废弃物锰渣Sb(Ⅴ)吸附效能,推动锰渣资源化利用,将生物炭和锰渣1:1混合辅助湿法球磨技术制备了球磨炭基锰渣复合材料(QBM),并结合材料理化性质、浸出毒性和Sb(Ⅴ)吸附性能进行探讨.结果表明,在固液比(材料:去离子水)1:6,转速150r/... 详细信息

为提高废弃物锰渣Sb(Ⅴ)吸附效能,推动锰渣资源化利用,将生物炭和锰渣1:1混合辅助湿法球磨技术制备了球磨炭基锰渣复合材料(QBM),并结合材料理化性质、浸出毒性和Sb(Ⅴ)吸附性能进行探讨.结果表明,在固液比(材料:去离子水)1:6,转速150r/min室温持续8h湿法球磨下,复合材料pH值、电导率、阳离子交换容量和粒径各降低了9.7%、64%、15%、71%,同时Zeta电位更负,由-15mV降至-21mV(P研究揭示了湿法球磨通过改善材料理化性质提高Sb(Ⅴ)吸附性能和安全性的影响规律,显示出生物炭辅助湿法球磨锰渣增效吸附Sb(V)在治理环境锑污染领域的应用潜力,为资源化利用锰渣和缓解锰渣堆存带来的环境污染问题提供了理论支撑.

关键词：生物炭锰渣湿法球磨浸出吸附锑

构造火山作用对辽西早白垩世九佛堂组沉积环境的影响——以燕山科学钻探YSDP-1钻孔为例

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地球化学 2024年

作者：蔡士玺韦刚健胡建芳曾提徐义刚中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室中国科学院大学

了解构造火山作用如何影响地表沉积环境是揭示深地过程对表层地球系统及生命演化调控作用的关键。辽西九佛堂组发育有巨厚的富有机质泥页岩，且保存有大量精美的热河生物群化石，其沉积环境受到华北克拉通破坏导致的大量构造火山作用... 详细信息

了解构造火山作用如何影响地表沉积环境是揭示深地过程对表层地球系统及生命演化调控作用的关键。辽西九佛堂组发育有巨厚的富有机质泥页岩，且保存有大量精美的热河生物群化石，其沉积环境受到华北克拉通破坏导致的大量构造火山作用的影响，是探索这一科学问题的良好研究对象。本文通过对燕山科学钻探YSDP-1钻孔中九佛堂组沉积岩主微量元素、矿物组成、有机质含量等地球化学数据的综合分析，判别其细粒沉积岩与火山碎屑岩的物源，厘清不同火山物质对沉积环境的耦合影响。结果发现，九佛堂组沉积岩段包含火山碎屑岩、凝灰岩及其经风化搬运沉积的细粒沉积岩，它们均为与中酸性火山岩有关的长英质物源，指示其来源于同一构造背景下的火山–沉积作用，主要受古太平洋板块俯冲作用控制。每次构造伸展活动启动会导致盆地加深，并伴随火山灰和火山碎屑流等物质的输入。火山灰输入为湖泊带来大量营养物质，藻类勃发导致初级生产力增大，大量有机质沉降消耗底层水的氧气从而导致缺氧环境，进而使大量有机质被保存并形成富有机质油页岩，并且促进了热河生物群化石的保存; 而在半深湖区域火山碎屑流携带大量溶解氧进入，导致湖泊底层水体氧化进而稀释甚至中断有机质的沉积。这些不同火山物质输入的差异作用形成了九佛堂组复杂的火山–沉积地层。

关键词：构造火山活动九佛堂组物源示踪沉积环境华北克拉通破坏

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地球宜居性的深部驱动机制

科学通报 2024年第2期69卷 169-183页

作者：徐义刚黄小龙王强王煜李高军刘耘毛河光倪怀玮朱茂炎中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室广州510640 南京大学地球科学与工程学院南京210023 中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室贵阳550081 北京高压科学研究中心北京100094 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合肥230026 中国科学院南京地质古生物研究所现代古生物和地层学国家重点实验室南京210080

除与太阳之间的距离和行星的大小有关外,地球之所以宜居的一个重要因素是其拥有动力十足的地球内部.与地球宜居性是地球表生作用结果的传统认识不同,本文认为地球深部驱动着对宜居环境至关重要的外部层圈,并提出地球内外层圈间的联动机... 详细信息

除与太阳之间的距离和行星的大小有关外,地球之所以宜居的一个重要因素是其拥有动力十足的地球内部.与地球宜居性是地球表生作用结果的传统认识不同,本文认为地球深部驱动着对宜居环境至关重要的外部层圈,并提出地球内外层圈间的联动机制是地球系统科学研究的突破口.在调研和评述的基础上,本文建议未来研究需要关注早期地球、地磁场、深地挥发分循环、超级火山、深地新化学反应和地质空调器等方向,围绕地球宜居性的深部驱动机制这一主题,开展地球固体层圈与流体层圈的整合研究,助力我国地球科学研究从单一学科研究向多学科交叉融合研究的转变,推动我国固体地球科学从跟踪前沿向开拓前沿的跨越式发展.

关键词：地球宜居性深部引擎深地过程层圈相互作用地球系统科学

早白垩世陆相湖泊有机碳大量埋藏的沉积记录——以朝阳盆地九佛堂组为例

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地球化学 2024年

作者：孙朝阳蔡士玺胡建芳中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室中国科学院大学中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室

中国辽西地区朝阳盆地九佛堂组形成时间与白垩纪全球大洋缺氧事件（OAE1a）等时，且发育连续的黑色页岩沉积，是OAE1a事件陆相沉积记录的良好载体。本文围绕该套黑色页岩沉积有机质来源及其古环境，采用分子有机地球化学方法开展研... 详细信息

中国辽西地区朝阳盆地九佛堂组形成时间与白垩纪全球大洋缺氧事件（OAE1a）等时，且发育连续的黑色页岩沉积，是OAE1a事件陆相沉积记录的良好载体。本文围绕该套黑色页岩沉积有机质来源及其古环境，采用分子有机地球化学方法开展研究。结果表明，朝阳盆地九佛堂组三段黑色页岩总有机碳（TOC）含量高，最高可达13.02%。总有机质稳定碳同位素(δ13Corg)值为-31.0‰～-21.5‰，指示了九佛堂组三段黑色页岩有机质主要来源于湖泊初级生产力。姥鲛烷/植烷（Pr/Ph）值（0.1～0.8）反映沉积环境为缺氧、强还原环境。样品中检出丰富的C27～C29规则甾烷、4-甲基甾烷和伽马蜡烷，表明朝阳盆地古湖泊在这一时段存在水体分层现象，有利于湖泊底层水体缺氧环境的形成，为有机质的保存创造了良好条件。该时期火山活动频发，火山灰的输入给湖泊水体带来了大量的营养元素，促进了水生藻类的勃发，提高了湖泊的初级生产力，为大量有机碳的埋藏提供了物质来源。

关键词：白垩纪九佛堂组黑色页岩有机质来源生物标志物

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幔源岩浆成因的实验岩石学约束

矿物岩石地球化学通报 2024年第4期43卷 706-720,I0002页

作者：王煜中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室广州510640

作为地幔熔融的直接产物,幔源岩浆的成分和性质忠实地记录了地幔源区的化学组成并能反映其演化过程,为深入理解地球内部的动力学过程和演化历史提供了重要信息。得益于近年来高温高压实验装置和微区分析测试手段的大幅改进,科学家们能... 详细信息

作为地幔熔融的直接产物,幔源岩浆的成分和性质忠实地记录了地幔源区的化学组成并能反映其演化过程,为深入理解地球内部的动力学过程和演化历史提供了重要信息。得益于近年来高温高压实验装置和微区分析测试手段的大幅改进,科学家们能够在高温高压条件下正演模拟和记录地幔岩石的物理化学反应,通过控制实验条件和初始物质成分,揭示不同地质环境下的地幔部分熔融机制,约束幔源岩浆的生成和演化过程。本文通过对不同幔源岩浆成因的实验岩石学研究进行系统梳理,总结了单一地幔橄榄岩源区的熔融、地幔源区其他岩石类型的熔融、地幔源区不同岩石的混合熔融三方面相关实验的研究现状、突出进展和存在问题,并结合深地科学的发展方向,对未来有关幔源岩浆成因和壳幔相互作用的实验研究前景进行了展望。

关键词：实验岩石学幔源岩浆成因壳幔相互作用物质再循环部分熔融

大气增氧机制:地球表层过程与深部氧化还原状态的耦合

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科学通报 2024年第2期69卷 253-267页

作者：胡清扬罗根明李元北京高压科学研究中心北京100193 中国地质大学(武汉)地球科学学院武汉430074 中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室广州510640

氧气是地球表面生命蓬勃发展的关键物质.目前的地球化学模型和矿物学证据认为,大气中的氧气主要源自生物作用,如通过藻类生物的光合作用.尽管源自生物作用的产氧机制占据相关研究的主流,氧元素实际占据了地球内部最大的摩尔分数,因此它... 详细信息

氧气是地球表面生命蓬勃发展的关键物质.目前的地球化学模型和矿物学证据认为,大气中的氧气主要源自生物作用,如通过藻类生物的光合作用.尽管源自生物作用的产氧机制占据相关研究的主流,氧元素实际占据了地球内部最大的摩尔分数,因此它在调整地壳和地幔的氧化还原状态方面发挥着重要作用,地球深部氧化还原水平的波动会对大气中的氧分压产生深远影响.本综述聚焦地质历史中的大气增氧机制,结合最新的生物地球化学和矿物学发现,讨论大气氧来自地球表层和深层的源与汇.越来越多的工作揭示,地球深层可能存在一个隐藏的氧储库,一些重大地质事件与这一深部氧储库可能密切相关.

关键词：氧氧化还原状态矿物化学挥发分循环

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氧-硫体系的同位素非质量依赖分馏

矿物岩石地球化学通报 2024年第4期43卷 734-745,I0003页

作者：林莽中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室广州510640

同位素非质量依赖分馏效应在地球和行星科学、环境科学、生态学等多个研究领域均有广泛应用。本文围绕同位素非质量依赖分馏研究的发展历史、现状和问题,聚焦多氧多硫同位素,简要综述了同位素非质量依赖分馏的基本原理,以及地外样品、... 详细信息

同位素非质量依赖分馏效应在地球和行星科学、环境科学、生态学等多个研究领域均有广泛应用。本文围绕同位素非质量依赖分馏研究的发展历史、现状和问题,聚焦多氧多硫同位素,简要综述了同位素非质量依赖分馏的基本原理,以及地外样品、现代大气和冰芯样品、深时地质样品的同位素非质量依赖分馏现象,并探讨了该领域的发展前景。本文旨在为对该领域感兴趣的我国青年学者提供入门参考资料。

关键词：同位素效应同位素地球化学宇宙化学大气化学地球化学

稀土稳定同位素分析方法及在风化壳淋积型稀土矿研究中的应用展望

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大地构造与成矿学 2024年第2期48卷 302-321页

作者：雒恺白江昊朱冠虹韦刚健马金龙中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室广东广州510640 中国科学院深地科学卓越创新中心广东广州510640 中国科学院大学北京100049

稀土元素因其特殊的化学性质和在地球科学研究中的重要价值而受到广泛关注。随着化学纯化方法的发展和质谱测定技术的提高,国内外对稀土稳定同位素体系开展了一系列探索。近年来,逐渐发展起来的稳定Ce和Nd同位素分析方法,为表生地质过... 详细信息

稀土元素因其特殊的化学性质和在地球科学研究中的重要价值而受到广泛关注。随着化学纯化方法的发展和质谱测定技术的提高,国内外对稀土稳定同位素体系开展了一系列探索。近年来,逐渐发展起来的稳定Ce和Nd同位素分析方法,为表生地质过程、氧化还原环境示踪以及生态环境演变等方面的研究提供了新的手段,也将为研究稀土矿提供直接证据。本文先系统介绍了稀土元素及其同位素体系的地球化学特征,总结稀土稳定同位素分析方法的发展历程与研究现状,并对其未来可能突破的方向进行评述。在此基础上,对稀土稳定同位素在风化壳淋积型稀土矿床研究中的应用前景进行了展望,指出稀土稳定同位素地球化学手段是深入了解风化壳淋积型稀土矿床形成过程与控矿机制的良好指标,其与稀土元素地球化学指标相结合有望在稀土矿化过程与机制方面取得新的认识。

关键词：稀土稳定同位素化学分离质量相关分馏风化壳淋积型稀土矿床地球化学示踪