最新研究進展－地學和天文學專輯

南中國揚子板塊晚奧陶紀的大尺度氣候波動

陳代釗 研究員 中科院地質與地球物理研究所

奧陶紀-志留紀之交是地球歷史上劃分氣候、海洋和生物轉折的一個關鍵時間間隔。在這里，我們報道一個作為化學風化強度變化指標的化學蝕變指數（CIA, Chemical Index of Alteration）在南中國揚子板塊上自王家灣至南壩子跨越奧陶紀-志留紀邊界（從五峰經觀音橋至龍馬溪地層）的變化，用以解釋氣候變化。我們的數據顯示，五峰和龍門溪地層的沉積物CIA值在75至90的范圍內，這表明存在高度化學風化，因此，沉積期為炎熱和潮濕的氣候。與之相對，在觀音橋地層（或赫南特期）CIA值明顯的下降表明這期間為整體寒冷而干燥的氣候，中間被幾個溫暖期打斷。在這段寒冷氣候時代的開始和結束的兩個階段分別與兩次大規(guī)模生物滅絕時間重合，這說明大規(guī)模氣候變化可能是物種大滅絕的主要誘因。

——摘自《GEOLOGY》

華南南坨冰期后17O虧損的重晶石沉積時間界定

周傳明 研究員 中國科學院南京地質古生物研究所

元古代全球性冰期事件一直是國際地學界關注的焦點之一。關于冰期事件結束的原因眾說紛紜，其中代表性的觀點有兩個：其一是“雪球地球”假說，其二是甲烷滲漏假說。華南南沱冰磧巖之上蓋帽白云巖中重晶石沉積的多氧同位素研究顯示，其17O異常達到7.5億年以來的最大值，表明冰期結束時大氣二氧化碳含量達到了一個高峰，因此成為“雪球地球”假說的最直接證據。通過華南十余條蓋帽白云巖剖面系統(tǒng)的沉積學、沉積巖石學和微區(qū)碳同位素分析，提出圍繞蓋帽白云巖形成過程中各個地質事件之間關系的新模式：（1）全球性冰期結束后，由于冰川融水的快速注入，海平面迅速上升，在此過程中發(fā)生了蓋帽白云巖的沉積；（2）由于冰川的快速消融，陸殼和海洋大陸架部分發(fā)生反彈，當反彈超過海平面上升時，蓋帽白云巖被暴露溶蝕，喀斯特作用發(fā)生；（3）隨后的廣泛海侵淹沒了蓋帽白云巖及前期沉積，在蓋帽白云巖喀斯特侵蝕面和溶蝕孔洞中首先沉積了白云石和重晶石，隨后是硅質沉積，最后才是與甲烷氧化有關的方解石沉積（具極負碳同位素異常）。西非和加拿大西北部地區(qū)同時期蓋帽白云巖發(fā)生了類似的沉積過程。新的蓋帽白云巖形成模式進一步支持“雪球地球”假說，同時表明甲烷滲漏發(fā)生在蓋帽白云巖形成之后，因此很可能不是全球性冰期結束的誘因。

——摘自《GEOLOGY》

中國中部大別山西部巖層中含藍閃石超高壓榴輝石的相平衡和變質演變

魏春景 教授 北京大學地球與空間科學學院

大別山西部巖層中含藍閃石超高壓榴輝石含有石榴石，綠輝石，藍閃石，藍晶石，綠簾石，多硅白云母，石英/柯石英和金紅石。某些石榴石斑狀變晶展示出鎂鋁榴石輕微增加且鈣鋁榴石少量或輕微減少的核-幔區(qū)輪廓及以鎂鋁榴石顯著增加而鈣鋁榴石快速減少為特征的幔-邊區(qū)輪廓。綠輝石通常被j(o) [=Na/(Ca + Na)]減少的核-幔分成區(qū)。在某些樣品中，藍閃石是以斑狀變晶形式存在，含有石榴石、綠輝石、綠簾石等內含物。NCKMnFMASHO系統(tǒng)中計算5個典型樣品的假切面，并結合巖石學觀察結果。研究表明，超高壓榴輝石記錄了4個變質階段。我們所提出的超高壓榴輝石4個變質階段與巖石學觀察相一致，但卻與先前研究顯著不同。

——摘自《JOURNAL OF METAMORPHIC GEOLOGY 》

高溫高壓下預測純水和鹽水中氧溶解性

段振豪 研究員 中國科學院地質與地球物理研究所

我們提出一個熱力學模型用于適用于在或接近實驗精確度的溫度、壓力和離子強度寬范圍內計算純水（273-600K，0-200bar）和含有Na+K+, Ca2+, Mg2+, Cl-,天然鹽水中的氧溶解度。該模型基于用于計算氣相化學勢的精確狀態(tài)方程和水相化學勢的特定粒子相互作用模型。利用該方法，模型不僅可以再生已有實驗數據，而且可對從簡單的水鹽系統(tǒng)到海水等復雜的鹽水系統(tǒng)進行數據外推。與已有用于多種復雜鹽水系統(tǒng)氧溶解度計算模型相比，該模型覆蓋更廣的溫度和壓力。

——摘自《GEOCHIMICA ET COSMOCHIMICA ACTA》

大質量黑洞的宇宙演化：Eddington比例分布和類星體壽命

曹新伍 研究員 中國科學院上海天文臺

活動星核系（AGNs, Active Galacitc Nuclei）的冪律時間相關光變曲線用于預測自調節(jié)黑洞增長情況，其中AGNs反饋排出電離氣體并關閉吸積。這也被表觀冪律Eddington比例分布所支持。在高紅移中，AGN生命時間尺度可與宇宙年齡相比（或少于），這就在冪律AGN光變曲線的假設上設置了一個最小AGNs的Eddington比例約束。在大質量黑洞生長被帶有AGNs冪律Eddington比例分布的質量吸積所控制的假設的前提下，用大質量黑洞數量密度的連續(xù)方程積分來計算AGN殘骸的黑洞質量函數（BHMF，Black Hole Mass Function）。假若輻射效率接近于0.1，并且采用適當的Eddington比例分布冪律指數，當z=0時，AGN殘骸的BHMF導數可以與星系中大質量黑洞經測量的局部質量函數很好地相符。我們對黑洞演化的計算表明，AGN工作周期應小于類星體生命時間尺度大于或接近5×108年的個體。

——摘自《ASTROPHYSICAL JOURNAL》

中國北方敦德冰芯中沙塵的鍶和釹同位素沉積：源追蹤及作為遠程運輸亞洲沙塵類似物的意義

鄔光劍 研究員 中國科學院青藏高原研究所

本項研究展示了來自中國北方敦德冰芯沙塵的鍶和釹沉積，以追蹤其發(fā)源地和遠距離運輸亞洲沙塵的源頭。敦德沙塵樣品表現出與塔克拉瑪干和柴達木沙漠沙子相似的鍶和釹同位素沉積，這表明塔里木盆地和柴達木盆地是敦德沙塵最有可能的來源，巴丹吉林和騰格里的可能性很小。我們研究結果顯示，塔克拉瑪干沙塵可以附連著塔里木盆地的沙塵在當今氣候條件下隨西風運輸至祁連山。敦德沙塵的鍶-釹同位素是遠程運輸亞洲沙塵的很好的類似物，與北太平洋和格陵蘭島沙塵相似，這表明在區(qū)域尺度上塔克拉瑪干似乎是亞洲沙塵的重要發(fā)源地。

——摘自《EARTH PLANET. SCI. LETT.》

基于Nobeyama射電日光儀III觀測的耀斑環(huán)統(tǒng)計：不對稱的兩新月輻射

黃光力 研究員 紫金山天文臺

再Nobeyama射電日光儀（NoRH，Nobeyama Radioheliograph）拍攝的24個類環(huán)狀結構活事件中我們比較了兩新月輻射，這些結構被分為兩組：環(huán)頂部光學薄射頻頻譜強于兩新月的為一組，至少比一個弱的為另一組。兩新月輻射的亮度溫度、極化度、光譜指數、非熱電子的柱體密度和磁場強度之間總存在相關變量。這些參數的最大差異可能達到1~2個數量級（除極化度外）。磁場強度比例的對數總與亮度溫度比例對數負相關，而于光譜指數差異正相關。在第一組中，存在的兩個的負相關分別為絕對極化度差異與亮度溫度比例對數間的負相關和光譜指數差異與非熱電子的柱體密度比例對數間的負相關；兩個正相關分別為絕對極化度差異與磁場強度相對比例間的正相關和非熱電子的柱體密度比例對數和亮度溫度比例對數間的正相關。在第二組中，上述四項統(tǒng)計均相反，這可以用回旋同步理論解釋。而且，二組的兩新月輻射的不對稱比一組更明顯，這可以分別用兩種耀斑模型解釋。兩新月輻射的不對稱不能簡單地用鏡像效應解釋，但可能強烈依賴于非熱電子的原始俯仰角的不對稱。通過兩組正常和異常事件比例的比較，正常和異常事件被定義為強輻射是否與強/弱極化相一致。

——摘自《ASTROPHYSICAL JOURNAL》

次大陸巖石圈地幔中洋底低層地殼的殘余：微量元素和鍶-釹-氧同位素證據

徐義剛 研究員 中國科學院廣州地球化學研究所

輝石巖捕虜體附連在堿性玄武巖內通常認為是自地幔源融合的高壓積累的結果。然而，中國東北蛟河的巖石樣品卻可能來自于俯沖洋殼。高含量Al2O3和鎂類似于含橄欖石的輝長石。蛟河來自含斜長石原石的輝石源自地殼，這一結論被整體巖石和榴石及斜方石分析得到的正Eu和鍶異常所支持。特別值得注意的是，石榴石/尖晶石與斜輝石之間的氧同位素分數不平衡，類似的情況出現在海水侵蝕的洋殼中斜長石和斜輝石之間。這歸因于海洋輝長石在俯沖變質過程中在轉變成尖晶石和石榴石之前，尖晶石和石榴石就繼承了氧同位素特征。在次大陸板塊地幔中俯沖大洋地殼殘余物的識別對于理解地幔不均勻性和板塊內巖漿作用的發(fā)生具有非常重要的意義。

——摘自《EARTH PLANET. SCI. LETT.》