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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

利用机器学习从切片的孔隙结构特征预测多孔介质渗透率

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高校地质学报 2024年第1期30卷 1-11页

作者：孟胤全蒋建国吴吉春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南京210023

利用机器学习模型预测多孔介质的渗透率是当前孔隙尺度模型的关键研究方向之一。由于三维多孔介质数据无法直接应用于经典机器学习模型,对孔隙空间结构进行特征提取是有必要的。深度学习模型作为经典机器学习模型的进阶,在多孔介质三维... 详细信息

利用机器学习模型预测多孔介质的渗透率是当前孔隙尺度模型的关键研究方向之一。由于三维多孔介质数据无法直接应用于经典机器学习模型,对孔隙空间结构进行特征提取是有必要的。深度学习模型作为经典机器学习模型的进阶,在多孔介质三维数字图像预测渗透率方面取得许多成功,但模型的计算成本相当高。该研究提取多孔介质切片的孔隙结构特征,将数字图像转化为多维向量并作为机器学习模型的输入,在减少数据输入量、大幅度提高训练效率的同时,模型保持了出色的预测能力,其中长短期记忆神经网络(LSTM)的预测结果最佳。

关键词：机器学习长短期记忆神经网络多孔介质渗透率预测孔隙结构特征

^(210)Pb同位素在人类世沉积物定年中的应用

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地球科学进展 2024年第1期39卷 71-81页

作者：吴亚妮陈旸王野莫朋军高伟斌表生地球化学教育部重点实验室南京大学地球科学与工程学院江苏南京210023 关键地球物质循环前沿科学中心江苏南京210023

人类世作为一个新近被确定的地质年代单位,对其开展相关研究要求较高的时间分辨率,因此需要寻找合适的定年方法。目前主要的定年方法有^(137)Cs、^(210)Pb和^(239,240)Pu定年,相比其他两种方法,^(210)Pb定年适用范围广,在环境中的地球... 详细信息

人类世作为一个新近被确定的地质年代单位,对其开展相关研究要求较高的时间分辨率,因此需要寻找合适的定年方法。目前主要的定年方法有^(137)Cs、^(210)Pb和^(239,240)Pu定年,相比其他两种方法,^(210)Pb定年适用范围广,在环境中的地球化学行为和分布相对稳定,测年可靠性相对更高,可用于人类世河口、湖泊和海洋等多种沉积环境的定年和沉积速率的估算。总结了^(210)Pb定年方法及其定年原理与模式,分别阐述了^(210)Pb定年法在河口、湖泊和海洋等不同沉积环境中建立人类世年代标尺与沉积速率获取时的应用,并讨论了其影响因素,指出了^(210)Pb定年法的误差来源,如沉积速率的变化等,需要深入研究这些误差来源。未来研究可以考虑将^(210)Pb定年与其他定年方法相结合,从而得到更全面和准确的人类世年代框架。总之,^(210)Pb定年法在人类世的研究中将继续发挥重要作用,帮助我们更好地了解人类活动与地球环境演变的关系。

关键词：人类世 ^(210)Pb定年沉积环境

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岩石有机碳风化及其控制因素

地学前缘 2024年第2期31卷 402-409页

作者：王野陈旸陈骏南京大学地球科学与工程学院和关键地球物质循环前沿科学中心表生地球化学教育部重点实验室江苏南京210023 江苏省气候变化协同创新中心江苏南京210023

岩石有机碳为岩石地层中的有机碳,是地球上重要的碳储库。岩石有机碳的氧化、风化过程向大气排放二氧化碳,是地质碳循环过程的关键环节,对维持地球长尺度碳平衡以及表层环境的长期宜居性有重要意义。近年来,岩石有机碳氧化、风化过程的... 详细信息

岩石有机碳为岩石地层中的有机碳,是地球上重要的碳储库。岩石有机碳的氧化、风化过程向大气排放二氧化碳,是地质碳循环过程的关键环节,对维持地球长尺度碳平衡以及表层环境的长期宜居性有重要意义。近年来,岩石有机碳氧化、风化过程的研究取得了显著发展,相关研究已经从剖面拓展到流域尺度,定量方法也在日益精确。本文系统综述了近些年国内外针对岩石有机碳自身结构性质、风化速率定量方法、控制因素和风化通量统计等问题的研究现状,以期对全球范围内岩石有机碳风化在研究地质碳循环过程中的关键性和当前进展及发展趋势有更加系统性的认识,并对相应的关键性科学问题进行更加深入系统的研究。

关键词：岩石有机碳地质碳循环大陆风化铼地球化学

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山脉隆升驱动硅酸盐风化机制研究进展

高校地质学报 2024年第3期30卷 336-344页

作者：李石磊陈旸陈骏表生地球化学教育部重点实验室南京大学地球科学与工程学院南京210023 关键地球物质循环前沿科学中心南京大学南京210023

山脉隆升与气候变化的关系是近几十年来的研究热点。自20世纪80年代著名的“构造抬升驱动气候变冷”假说在提出以来,山脉隆升通过硅酸盐风化驱动百万年尺度气候变化的观点已深入人心。尽管许多大陆风化记录已经建立,但它们往往存在多解... 详细信息

山脉隆升与气候变化的关系是近几十年来的研究热点。自20世纪80年代著名的“构造抬升驱动气候变冷”假说在提出以来,山脉隆升通过硅酸盐风化驱动百万年尺度气候变化的观点已深入人心。尽管许多大陆风化记录已经建立,但它们往往存在多解性,难以直接验证该假说。这激发了大量从现代过程角度验证该假说的研究,但部分研究发现山地流域的风化不受物理剥蚀过程控制,因此不太可能响应构造活动而发生变化,与“构造抬升驱动气候变冷”假说的核心观点相矛盾。文章综述了山脉隆升驱动硅酸盐风化机制研究的相关进展并分析了这一矛盾产生的原因,探讨了异地风化作为解决该矛盾的新风化机制的可能性,并初步展望了异地风化研究领域的机遇和挑战。

关键词：地质碳循环大陆硅酸盐风化山脉隆升平原异地风化地表过程

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海洋锂循环及其对表层碳循环的指示

高校地质学报 2024年第3期30卷 269-287页

作者：曹程国际同位素效应研究中心南京大学南京210023 表生地球化学教育部重点实验室地球科学与工程学院南京大学南京210023

以地球系统科学的视角研究大气二氧化碳含量对地球宜居性的扰动是当今最为前沿的地球科学问题之一。大气二氧化碳浓度受控于火山、地幔排气、大陆风化和反风化等过程。大陆风化和高温热液作用是海洋锂的主要来源,而反风化作用则是海洋... 详细信息

以地球系统科学的视角研究大气二氧化碳含量对地球宜居性的扰动是当今最为前沿的地球科学问题之一。大气二氧化碳浓度受控于火山、地幔排气、大陆风化和反风化等过程。大陆风化和高温热液作用是海洋锂的主要来源,而反风化作用则是海洋锂储库的汇。风化过程、热液蚀变和反风化过程中,锂同位素发生不同程度的分馏,而这些源和汇过程中的锂通量及其同位素的分馏共同控制了海水的锂同位素组成。因此,海水锂同位素组成可用于地表环境深时碳循环的示踪。近年来,通过海洋碳酸盐岩的锂同位素、87Sr/86Sr比值及碳同位素等指标的联用,来示踪新生代和前寒武纪等关键地质时期的构造—气候—风化共同影响的碳循环过程是研究热点。文章梳理了现代海洋锂元素循环的源汇过程,重新限定大陆风化和高温热液输入海洋的锂同位素组成。并在此基础上,分析了目前海水锂同位素质量平衡模型中的不确定性,探讨了海水锂同位素记录在示踪深时碳循环方面的应用和局限性,为锂元素及其同位素指标的应用和全球锂循环研究的深入提供参考。

关键词：锂同位素碳循环大陆风化反风化热液蚀变

南京市九乡河流域栖霞段近四十年沉积序列微塑料赋存特征

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地球与环境 2024年第2期52卷 221-229页

作者：张家铭周斌陈旸周雪航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关键地球物质循环前沿科学中心江苏省气候变化协同创新中心

环境微塑料污染正成为地球表生系统最严重的威胁之一,其作为新型污染物日益受到社会、公众和科学界的广泛关注。河流是陆源微塑料向湖泊和海洋输送的重要途径,尽管城市河流与湖泊面临的微塑料污染趋于严峻,但目前相关研究资料仍十分有... 详细信息

环境微塑料污染正成为地球表生系统最严重的威胁之一,其作为新型污染物日益受到社会、公众和科学界的广泛关注。河流是陆源微塑料向湖泊和海洋输送的重要途径,尽管城市河流与湖泊面临的微塑料污染趋于严峻,但目前相关研究资料仍十分有限。本文研究了南京市九乡河流域栖霞段沉积柱的微塑料(粒径大于100μm)赋存特征,结合210Pb年代学数据,建立了微塑料丰度随时间的变化曲线。结果表明,九乡河沉积柱的微塑料丰度为367~2033 items/kg,形态以纤维状为主,颜色主要为绿色和白色,粒径以100~500μm为主,种类主要包括聚丙烯(40.20%)、聚酯纤维(21.70%)、聚乙烯(20.90%)和人造丝(10.30%)等。微塑料丰度在1984~1992年间基本保持不变,在1992~2010年间具有较大波动,但整体呈上升趋势,在2010~2020年间单调上升并呈指数增长,这可能与调查区城镇化快速发展过程中的生活污水和工业废水排放有关。

关键词：微塑料城市河流沉积物人类活动

扬州城市规划区地下水应急供水方案可行性研究

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地球学报 2024年第3期45卷 423-432页

作者：朱明君党磊谢月清李明月江苏省地质调查研究院江苏南京210049 自然资源部地裂缝地质灾害重点实验室江苏南京210049 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

突发事件会引起大范围的地表水污染,对城市供水水源的安全形成挑战,严重威胁人民生命安全,危害生态环境和经济社会稳定。地下水与地表环境联系较弱,利用地下水作为应急水源是最安全的水资源保障措施。本研究以扬州城市规划区为例,确定... 详细信息

突发事件会引起大范围的地表水污染,对城市供水水源的安全形成挑战,严重威胁人民生命安全,危害生态环境和经济社会稳定。地下水与地表环境联系较弱,利用地下水作为应急水源是最安全的水资源保障措施。本研究以扬州城市规划区为例,确定了规划区应急需水量为17.2万m^(3)/d,应急时长为15d,主要开采的第Ⅱ、Ⅲ承压含水层限采红线水位埋深分别为20m、30m,根据研究区应急供水需求制定了4种应急供水方案。方案1和2为水源地集中供水,方案3为分散式供水,方案4为分散与集中式联合供水。依据工作区水文地质条件和地下水位监测数据,基于HydroGeoSphere构建并校正了研究区三维地下水-地表水耦合数值模型,利用数值模型分析了不同供水方案应急抽水引起的地下水位降落趋势及其与地下水开采红线的关系。研究表明,分散与集中式联合供水方案可以明显减小工作区内的水位波动,减缓水源地的供水压力,降低地面沉降风险,对现有管网的利用也较为充分,可作为应急供水的首选方案。

关键词：地下水水位红线应急供水数值模拟 HydroGeoSphere 扬州

含氟流体助熔华南基底片麻岩的实验研究:对稀土成矿花岗岩成因的制约

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大地构造与成矿学 2024年第2期48卷 213-231页

作者：李嘉豪丁兴刘军锋于津海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 长安大学地球科学与资源学院陕西西安710064 中国科学院深地科学卓越创新中心广东广州510640 南京大学地球科学与工程学院江苏南京210023

为了明确含氟流体对花岗岩源区岩浆过程中稀土元素地球化学行为的影响,本文采用华南代表性的高稀土片麻岩和低稀土片麻岩作为初始物质,与~4%的流体(纯水、1.5 mol/L HF、1.0 mol/L NaF)在0.8 GPa、1000℃的条件下开展了流体助熔的部分... 详细信息

为了明确含氟流体对花岗岩源区岩浆过程中稀土元素地球化学行为的影响,本文采用华南代表性的高稀土片麻岩和低稀土片麻岩作为初始物质,与~4%的流体(纯水、1.5 mol/L HF、1.0 mol/L NaF)在0.8 GPa、1000℃的条件下开展了流体助熔的部分熔融实验。实验结果表明,所有片麻岩的熔融程度达到40%以上,残余矿物组合主要为斜长石+石英+斜方辉石±单斜辉石+钛铁矿+磷灰石±黑云母。部分熔融产生的熔体的成分主要为花岗闪长质‒花岗质,总体具有高氟(0.11%~0.27%)、高水(0.38%~1.86%)和A2型花岗岩的特征;其中,高稀土片麻岩部分熔融形成的熔体为钾玄质和准铝质,而低稀土片麻岩熔融形成的熔体偏高钾钙碱性和强过铝质。在微量元素蛛网图上,两者均表现为富集K、Rb、Th、Ce、Sm、Y、Yb等元素,亏损Ba、Nb、Ta、Zr、Hf、Ti等元素;稀土元素配分曲线则表现为右倾、负Eu异常的特征。相对于原岩,含氟流体助熔会强化熔体中Si、K、Na、Rb、Sr、Ba、Th、U、LREE和F的富集,并增加熔体的La_(N)/Yb_(N)值。同时,实验也证实片麻岩部分熔融形成的熔体的稀土元素含量主要受原岩控制,高稀土片麻岩更易于熔出稀土元素初始富集的熔体;相对于原岩,各类流体助熔均会造成稀土元素在熔体中不同程度的富集,其中,含HF流体助熔最高可富集稀土46%~49%(近1.5倍富集)。我们因此认为在华南LREE型和HREE型成矿花岗岩形成过程中,含F流体发挥重要的作用。此外,本文也提出了一种新的A2型花岗岩形成机制,即含F流体助熔地壳基底岩石,这很好地解释了华南晚中生代大规模分布的与稀土、稀有金属及氟成矿相关的陆内A2型花岗岩的形成。

关键词：部分熔融流体助熔含氟流体稀土元素花岗岩片麻岩