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重建深时地球生物多样性时空分布模式的思考

科学通报 2024年第22期69卷 3252-3267页

作者：张书涵沈树忠王向东张华樊隽轩南京大学地球科学与工程学院关键地球物质循环前沿科学中心内生金属成矿机制研究国家重点实验室南京210023 中国科学院南京地质古生物研究所现代古生物学和地层学国家重点实验室南京210008

重建地球生物多样性演变历史是了解地球生命演化规律的关键.通过研究地质时期的生物多样性变化,能够追溯生命的起源、演化和灭绝过程,并探索其原因.然而,地球上曾经生活过的99%以上的生物都已经灭亡,其中只有一小部分保存为化石并被人... 详细信息

重建地球生物多样性演变历史是了解地球生命演化规律的关键.通过研究地质时期的生物多样性变化,能够追溯生命的起源、演化和灭绝过程,并探索其原因.然而,地球上曾经生活过的99%以上的生物都已经灭亡,其中只有一小部分保存为化石并被人类发现.因此,如何利用化石记录重建地球生物多样性变化的过程是一个非常复杂的科学难题.为了解决这一难题,需要从多方面入手.首先,建立含有时空信息的全球性大型综合数据库是研究深时生物多样性模式的必要条件,也是识别曾经发生过的重大生物事件的基础,以往的研究多集中在海洋无脊椎动物化石多样性的研究,目前仍然缺乏全球性的陆地生物多样性模式.其次,需要解决化石保存不完整和样本采集时空不均一的难题.近十几年来,随着海量数据的积累,大数据分析技术的发展,通过多学科交叉,在解决时空分辨率低和样本偏差等问题上发展了更有效的分析手段,但仍然任重道远.最后,新的大数据研究结果引发了对深时地球生物多样性变化的时空规律的许多新认识.随着研究的深入,五次生物大灭绝的灭绝幅度和灭绝率明显降低,需要以全球大数据为基础重新精确估算,其中二叠纪末生物大灭绝无疑仍是最大的一次,而泥盆纪晚期F/F和三叠纪末灭绝事件很可能算不上五大生物灭绝之二,白垩纪末生物大灭绝的持续时间和灭绝幅度也需要重新估算.此外,寒武纪-奥陶纪、石炭纪-二叠纪和新生代三大生物辐射事件也需要全球高分辨率化石数据验证.以人工智能和超级计算机等为手段建立的深时生态系统演变模型是实现古今对比的未来方向.这些研究将使我们对地球生物多样性历史有全方位的认识,也为现今的全球生态系统面临的问题提供深时参照.

关键词：深时大数据生物多样性生物大灭绝生态模型

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华南石炭纪中期白云岩地层分布及其形成模式

地质学报 2024年第2期98卷 346-362页

作者：宋英凡王向东李莹史宇坤胡科毅黄兴盛青怡要乐内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室关键地球物质循环前沿科学中心南京大学地球科学与工程学院江苏南京210023 现代古生物学和地层学国家重点实验室中国科学院南京地质古生物研究所江苏南京210008

石炭纪是地质演化历史上重要的时期,发生了全球规模的海西造山运动,晚古生代大冰期(LPIA)达到峰值,全球海平面频繁波动,导致古气候和古环境的剧烈变化。在华南,石炭纪中期,浅水碳酸盐岩台地相区广泛发育一套白云岩沉积。本文系统总结华... 详细信息

石炭纪是地质演化历史上重要的时期,发生了全球规模的海西造山运动,晚古生代大冰期(LPIA)达到峰值,全球海平面频繁波动,导致古气候和古环境的剧烈变化。在华南,石炭纪中期,浅水碳酸盐岩台地相区广泛发育一套白云岩沉积。本文系统总结华南3个主要碳酸盐台地内白云岩的厚度及时代,识别出白云岩时空分布的差异性。结合石炭纪中期全球气候环境特征,认为冰期兴盛引发了全球海平面下降,导致华南各沉积盆地形成利于白云岩化的环境,白云岩得以发育。而白云岩时空分布的差异性可能与各沉积盆地独特的构造演化以及不同成岩模式有关。中下扬子碳酸盐岩台地白云岩的形成模式主要为萨勃哈模式和成岩早期浅埋藏的渗透回流模式,形成相对较薄的白云岩沉积;中南部和西南部碳酸盐岩台地白云岩的形成模式为渗透回流模式,成岩规模较大,沉积较厚。

关键词：石炭纪中期白云岩时空分布古环境白云岩化模式

呼和浩特热隆伸展构造:华北“变质核杂岩”再认识

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科学通报 2024年第7期69卷 939-949页

作者：张宇董树文施炜中国地质科学院自然资源部深地科学与探测技术实验室北京100037 南京大学地球科学与工程学院南京210023

对于华北克拉通岩石圈破坏,除了岩石圈厚度减薄和地幔性质改变外,最直接的标志是广泛出露的弥散状穹隆构造及伴随的韧性剪切带、低角度正断层和断陷盆地.这些伸展穹隆构造通常被解释为“变质核杂岩”(metamorphic core complex,MCC),但... 详细信息

对于华北克拉通岩石圈破坏,除了岩石圈厚度减薄和地幔性质改变外,最直接的标志是广泛出露的弥散状穹隆构造及伴随的韧性剪切带、低角度正断层和断陷盆地.这些伸展穹隆构造通常被解释为“变质核杂岩”(metamorphic core complex,MCC),但其组成结构、变形机制和深部过程等方面与北美西部盆岭省经典的变质核杂岩存在明显的区别.本文选择华北克拉通北缘的呼和浩特“变质核杂岩”进行剖析和再研究,在前人研究的基础上,聚焦穹隆核、韧性剪切带和低角度滑覆系统之间的时空关系,通过详细的地质填图、构造解析和年代学研究,将一个以简单剪切应变为主的穹型韧性剪切带(变形时间为152~141 Ma)从原伸展系统中剥离,从而揭示出一个以花岗岩为核的热隆-伸展构造.呼和浩特热隆-伸展构造分为3个结构单元.(1)花岗岩核:由早白垩世A型花岗岩(136~127 Ma)组成;(2)纯剪切应变带:分布在核部花岗岩周缘以纯剪切应变为主的高温(>500℃)变形带,面理发育(无线理),可能由核部岩体侵位时体积膨胀导致;(3)低角度滑覆系统:由韧性剪切带、微角砾岩带、低角度正断层和上叠断陷盆地组成,其变形时代为早白垩世(约134~130 Ma),运动学标志指示上部向南东的剪切特征,其演化过程和变形行为受控核部岩体侵位.通过对热隆-伸展构造的厘定,本研究提出热岩石圈背景下由岩浆上侵主导并伴生热变质变形的伸展机制,为进一步理解华北克拉通伸展动力学提供一个新思路.

关键词：华北克拉通早白垩世热隆-伸展构造岩浆底劈低角度滑覆系统

非静力地形重力波参数化方案对气候模式大气环流模拟的影响

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地球物理学报 2024年第9期67卷 3277-3289页

作者：张蓉蓉季玉枝徐昕路屹雄王元南京大学大气科学学院中尺度灾害性天气教育部重点实验室南京210023 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081

本文通过在中国气象局BCC-AGCM3-MR(middle-atmosphere version of Beijing Climate Center Atmospheric General Circulation Model version 3)数值模式中引入非静力地形重力波参数化方案,研究非静力效应对次网格地形重力波垂直动量传输及大气环流的影响.本研究开展了两组次网格地形重力波参数化方案试验,分别采用原有的静力地形重力波参数化方案以及考虑非静力效应的新方案.结果表明,在南半球冬季,新方案相比原方案在南极地区将更多的地形重力波动量通量上传至平流层高层,产生更强的地形重力波拖曳.地形重力波拖曳经向梯度的增强导致更强的绝热下沉增温,从而减弱南极极涡的冷偏差和西风偏差.此外,南半球中高纬地区的行星Rossby波上传也增强,同样有利于极涡西风偏差的减少.在两者共同作用下,有效缓解了模式中的南极极涡破碎延迟问题.在北半球冬季,新方案对大尺度环流的整体影响并不显著,但是能够显著改善青藏高原复杂地形区的东风偏差.

关键词：地形重力波参数化极涡青藏高原数值模式

黄土沉积中化学氧化法提取黑碳流程的评估和优化

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第四纪研究 2024年第1期44卷 240-249页

作者：王者周斌南京大学地球科学与工程学院表生地球化学教育部重点实验室江苏南京210023

第四纪黄土沉积物中黑碳主要为当时地表生物质燃料不完全燃烧产生的一系列含碳物质的连续体。由于各含碳物组分间界线不明确,采取不同的定量提取方法可能导致不同的数据结果。前人采用重铬酸钾化学氧化法提取黄土沉积中黑碳的研究中定... 详细信息

第四纪黄土沉积物中黑碳主要为当时地表生物质燃料不完全燃烧产生的一系列含碳物质的连续体。由于各含碳物组分间界线不明确,采取不同的定量提取方法可能导致不同的数据结果。前人采用重铬酸钾化学氧化法提取黄土沉积中黑碳的研究中定量结果存在一个数量级的差异,影响了研究结果的可解释性和可对比性,阻碍了黄土高原区域黑碳相关研究的发展。对比分析发现,先前研究提取过程分别采用了不同的氧化时间,这可能是数据呈现明显差异的原因。本研究选取黄土高原段家坡剖面特征层位(S_(5)、L_(9)和S_(9))样品,并分为多组子样品采用不同氧化时间进行处理,对不同氧化时间提取物进行剩余碳含量(RC%)、碳同位素组成(δ^(13)C)及拉曼光谱测试,探究氧化时间对重铬酸钾化学氧化法提取黄土中黑碳效果的影响。结果显示,提取物RC%与氧化时间的变化关系符合质量作用定律,即达到一定氧化时间后,提取物RC%趋于稳定,证明足够的氧化时间可提取黄土中黑碳;在氧化前烘干研磨样品的条件下,仅需20 h即可使RC%稳定。但碳同位素组成测试结果显示,至少100 h后,所有实验中氧化提取物δ^(13)C均保持稳定(变化所有样品直接进行100 h氧化反应也可达到相同效果。综合时间效率、结果稳定性和流程统一性等各因素,提出黄土-古土壤序列沉积物黑碳的提取过程中,在重铬酸钾化学氧化一步采用100 h的时间进行充分反应,氧化前无须再烘干研磨。本研究优化了化学氧化法提取黄土中黑碳的实验流程,对系统开展黄土区域黑碳工作,重建区域火并探讨其演化规律提供了技术支撑;为其他沉积环境黑碳流程的优化和评估提供了研究范本。

关键词：热解碳/元素碳黄土-古土壤惰性有机碳野火前处理流程

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月球内部水和月表水冰资源的评估研究

高校地质学报 2024年第2期30卷 165-177页

作者：吴言蔚贺佳峰王国光内生金属矿床成因机制研究国家重点实验室地质流体研究所南京大学地球科学与工程学院关键地球物质循环前沿科学中心南京210023

水是地球上的生命之源,也是未来星际旅行重要的推进剂材料,因此在人类对月球和其他地外天体的探测过程中,水是最受关注的战略资源之一。美国Apollo和前苏联Luna登月计划之后二十多年间,月球“无水”的观点曾被广泛接受。文章系统阐述了... 详细信息

水是地球上的生命之源,也是未来星际旅行重要的推进剂材料,因此在人类对月球和其他地外天体的探测过程中,水是最受关注的战略资源之一。美国Apollo和前苏联Luna登月计划之后二十多年间,月球“无水”的观点曾被广泛接受。文章系统阐述了月球内部水和月表水研究进展、月球水成因、水资源量评估和开发利用方法。近年对月表水资源的探测和月球样品中水含量的深入研究,揭示出月球并非“无水”,月球内部含有较为丰富的水,月表的极区可能有可观的水资源,月表中低纬度地区也广泛存在太阳风成因的水。月球的水成因主要包括自身来源的水、小行星和彗星来源水、太阳风成因水等。据估测,月表极区水冰的资源量约为142.8亿吨,月表太阳风成因水含量约为34万吨,为未来月球基地的建设和深空探测提供了重要的资源保障。并就月球水资源利用的提出多种开发利用方案,包括热能采矿法、月球极地推进剂开采前哨战、钻取一体化开发利用系统等。

关键词：矿物结合水水冰资源量极区月球

古太平洋板块的遗迹和残片——地球化学和地球物理学示踪

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中国科学：地球科学 2024年第10期54卷 3091-3112页

作者：徐夕生黄周传姜鼎盛曾罡戴立群南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室南京大学地球科学与工程学院南京210023 中国科学技术大学地球和空间科学学院合肥230026

古太平洋板块在中生代时期的俯冲-回卷是中国东部大陆边缘形成和演化的关键引擎,分别导致东北大陆地壳侧向造山增生、华北克拉通岩石圈破坏和华南陆块巨量长英质岩石形成,对东亚陆缘的深部物质循环过程与表生环境系统演变产生了深远影响... 详细信息

古太平洋板块在中生代时期的俯冲-回卷是中国东部大陆边缘形成和演化的关键引擎,分别导致东北大陆地壳侧向造山增生、华北克拉通岩石圈破坏和华南陆块巨量长英质岩石形成,对东亚陆缘的深部物质循环过程与表生环境系统演变产生了深远影响.要深入全面地理解古太平洋板块俯冲-回卷作用的方式、深部过程及其动力学机制转变,其中一个关键是古太平洋板片的深部残留或俯冲遗迹示踪.本文通过综合分析,力图从地球化学和地球物理学两条途径,在时间和空间两个维度,追踪古太平洋板片的深部残留或俯冲遗迹.研究表明:(1)通过对中国东部大陆玄武岩的微量元素、Mg-Zn同位素、Os-Nd-Hf-Pb-O多元同位素等地球化学示踪,揭示出大量的古太平洋板片俯冲遗迹,板块俯冲年龄可追溯到早侏罗世.(2)大尺度地球物理成像发现,东亚地区下地幔存在不少高速异常体,在下地幔底部存在“板块坟墓”,下地幔中上部也存在许多孤立的高速异常体,构成了残留俯冲板片在下地幔散落的路径;但对下地幔残留俯冲板片的分辨率很低,它对下地幔动力学的影响还有待进一步揭示.(3)现今观察到的东亚大地幔楔属于太平洋板块在新生代时期俯冲的产物,但是古太平洋板块俯冲自~145Ma开始回卷后撤以后,有可能在地幔过渡带之上形成白垩纪东亚大地幔楔体系.东亚陆缘不同区块的构造-岩浆作用、成盆成藏过程等差异明显,可能受古太平洋板片回卷后撤的速度和角度差异所制约.

关键词：古太平洋板块东亚大地幔楔晚中生代遗迹和残片地球化学地球物理

基于分布式温度信息的土体含水率多尺度估算方法

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岩土工程学报 2024年

作者：顾凯张博姜霖王勇施斌南京大学地球科学与工程学院自然资源部地裂缝地质灾害重点实验室教育部关键地球物质循环前沿科学中心南京大学

土体水分迁移过程及其规律是岩土工程、地质工程等领域的重点研究内容之一，准确掌握土体含水率时空演化是开展上述研究的重要前提。本文基于分布式光纤温度感测技术（Fiber Optic Distributed Temperature Sensing,FO-DTS），开展了原... 详细信息

土体水分迁移过程及其规律是岩土工程、地质工程等领域的重点研究内容之一，准确掌握土体含水率时空演化是开展上述研究的重要前提。本文基于分布式光纤温度感测技术（Fiber Optic Distributed Temperature Sensing,FO-DTS），开展了原位测试，记录了浅地表（0-0.5m）不同深度土体自然温度信息，基于半通滤波算法提取振幅、相位信息，结合一维瞬态热传递方程解析解提出了土体含水率估算的新方法。研究结果表明：（1）基于FO-DTS的高时空分辨率温度信息能够有效估算浅表土体不同深度的含水率；（2）该方法能够反映复杂天气变化条件下（阴、晴、雨、寒潮等）浅表土体含水率的复杂响应；（3）降水事件对浅表土体含水率的影响程度随着深度衰减，土体含水率的变化具有一定的滞后性。利用分布式光纤温度感测技术实现基于自然温度信息的含水率估算新方法具有高空间分辨率、易拓展、低能耗的特点，可实现0-10 km范围内多尺度浅地表含水率快速估算，对浅地表-大气相互作用、地质和岩土工程防灾减灾具有重要意义。

关键词： FO-DTS 自然温度信息土体含水率多尺度

晚始新世-早渐新世渭河盆地古气候变化的碳酸盐记录

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第四纪研究 2024年第2期44卷 309-324页

作者：陈璇璇鹿化煜吕恒志王逸超王可欣程鉴如季峻峰林春明南京大学地理与海洋科学学院江苏南京210023 西安交通大学人居环境与建筑工程学院陕西西安712000 南京大学地球科学与工程学院江苏南京210023

晚始新世-早渐新世转变期(约34 Ma, EOT)温度降低是新生代显著气候事件之一,对亚洲环境演变有深刻影响。本研究基于渭河盆地厚度为413.95 m的支家沟剖面34.89~31.51 Ma时段的河湖相沉积,获得高分辨率总碳酸盐、方解石含量变化序列,结合... 详细信息

晚始新世-早渐新世转变期(约34 Ma, EOT)温度降低是新生代显著气候事件之一,对亚洲环境演变有深刻影响。本研究基于渭河盆地厚度为413.95 m的支家沟剖面34.89~31.51 Ma时段的河湖相沉积,获得高分辨率总碳酸盐、方解石含量变化序列,结合薄片及扫描电镜分析,尝试建立晚始新世-早渐新世渭河盆地气候和环境演变时间序列,探讨EOT期间渭河盆地古气候对全球温度变化的响应。镜下岩石薄片鉴定显示,沉积物粒度变化与岩相变化对应较为一致。34.89~33.89 Ma,高含量的总碳酸盐、方解石指示气候较为温暖干旱,沉积序列指示从滨湖相向湖泊三角洲相过渡;33.89~33.09 Ma期间,低含量的总碳酸盐、方解石指示气候偏凉且相对湿润,沉积环境为湖泊三角洲向滨浅湖过渡,水位逐渐上升;33.09~31.51 Ma,总碳酸盐、方解石含量变化与地层岩性变化有较好的一致性,此时沉积相为滨湖相,湖泊水位可能高于34.89~33.89 Ma,但低于33.89~33.09 Ma。结合全球温度变化序列,本研究认为渭河盆地始新世晚期-渐新世早期湿度变化可能受全球温度驱动的蒸发量控制,但明确的驱动机制有待进一步研究。

关键词：渭河盆地碳酸盐方解石始新世-渐新世转型暖期古气候