地球环境演化的阶段性及其形成机制探讨

地球环境（大气圈、水圈）的演化具有明显的阶段性。撞击作用与地内核转变能是地球环境（大气圈、水圈）演化的根本机制。地球吸积形成期，原地球捕获太阳星云大气形成的原始大气经太阳风驱赶和星子撞击而逃逸，早期大规模的撞击过程又可能使地球上的矿物脱去挥发分，形成地球次生大气的一部分，也可使其次生大气部分脱离地球，地球形成期曾经历过撞击生气与气体逃逸的多次旋回，撞击作用决定其环境条件；地球形成之后．撞击作用仍起着使地球矿物脱去挥发分组成大气圈的重要作用，大气中CO2的演化，海水pH值的演化．各类沉积岩间的消长关系与地内核转变能计算所得的“幻数”──3.5×109年、（2.6＋0.1）×109年、（1.9＋0.1）×109年、（1＋0.1）×109年、（0.6＋0.1）×109年和（0．2＋0.1）×109年之间存在着明显的相关关系：地球内部核转变能的累积、释放过程所导致的构造、岩浆运动（火山喷发、板块运动等）制约着地球的环境演化，其间．显生宙以来，地外物质对地球的撞击作用在小时间尺度上（几千年到几万年）造成地球环境的急剧变化，导致生物演化的突变以致生物灭绝具有重要的环境意义。     

元古宙地球去气作用与撞击事件的探讨

大气圈是次生的，其成因有地球连续去气说和灾变去气说之争。后者主张地球形成早期由于天体的撞击，对地球大气圈的形成和演化有决定性影响。大气中（40Ar/36Ar）a比值的变化是判断地球去气机制的重要参数。根据对我国元古宙硅质岩中的古代大气Ar同位素的分析，发现在古-中无古代（40Ar／36Ar）。比值也存在一期突变，依此推测这期间地球可能遭受过天体的撞击，使地球内部大量40Ar逃逸到大气圈中，导致大气中（40Ar/36Ar）。比值的快速上升。     

大气CO2浓度升高对红三叶和高丹草Cs、K竞争吸收与转运的影响

水培条件下,研究了大气CO2浓度升高对红三叶(Trifolium Pratene L.)和高丹草(Sorhum vulgare x Sorghum.vulgare var.sudanense hybrids)在不同铯(Cs)浓度(0、200、500、1000μmol·L-1)下生物量、铯和钾的竞争吸收及转运的影响.结果表明,大气CO2浓度升高显著提高了2种植物叶、茎和根各部位的生物量,其中,红三叶各部生物量分别提高了42.6%、66.2%和45.0%,高丹草分别提高了17.4%、18.9%和22.3%.大气CO2浓度升高提高了红三叶和高丹草叶片及茎中的Cs含量,提升比例最大的为红三叶的茎(达9.7%),同时显著提高了2种植物对Cs的转运系数及红三叶的茎和根中Cs/K的区别系数.对于红三叶,大气CO2浓度升高引起叶片K含量略微增加,而茎和根系中K含量显著降低;对于高丹草,大气CO2浓度升高引起叶片和茎中K含量增加,而根系中K含量降低.2种植物对Cs的吸收都与介质中Cs浓度呈显著的线性相关,溶液中Cs浓度的增加提高了红三叶和高丹草的Cs/K区别系数,并且Cs的添加不仅对红三叶和高丹草的生物量都起到了一定的抑制作用,同时还降低了2种植物对钾的吸收.在正常的CO2浓度下,1000μmol·L-1Cs处理可使2种植物叶、茎和根中的K含量分别降低10.4%、13.3%、32.5%(红三叶)和18.3%、42.1%和38.9%(高丹草);在大气CO2浓度升高的条件下,分别降低12.2%、22.0%、35.0%(红三叶)和17.9%、38.7%、34.6%(高丹草).     

地质边界层中锇、钌的丰度及其与铱的相关性研究──为白垩系/第三系边界事件地外成因提供新判据

自1980年Alvarez等［1］提出地外物体撞击地球造成白垩系／第三系（K／T）边界生物绝灭的理论以来，各国科学家对世界各地80多个K／T边界剖面进行了研究，并发现了程度不同的铱异常。但是，对同属铂族元素的钱、钌研究甚少[2，3，4]。本课题用放射化学中子活化分析法及激光共振电高质谱法研究了边界层中锇、钌的丰度及其与铱的相关性，发现了K／T边界层中Os／Ir、Ru／Ir与地外物质的接近，与地内物质的相差甚远，为K／T边界事件的地外成因提供了新的判据。     

论矿物溶解速率与温度的关系

硅酸盐和氧化物矿物的溶解速率，在远未达到平衡的条件下，其实验活化能（Eexp）随PH值的变化达几十个KJ/mol。在远比零净质子电荷点（PZNPC）更酸性或更碱性的PH条件下，实测的Eexp。值从大于50／mol变化到在pznpc附近但未必在PZNPC点的很小的值。我们通过经验的溶解速率定律与产生正表面电荷的质子吸附的条件平衡常数相结合的方法，解释了这种矿物溶解速率随pH值发生的变化。利用条件平衡常数中的静电势项，对矿物表面各带电位置之间的相互作用加以处理。产生正（或负）表面电行的质子吸附（或解吸）是放热（或吸热）反应。对Eexp贡献15～50KJ／mol；这种贡献取决于带电表面位置的摩尔分数，因而会随PH值发生微弱的变化。随着矿物表面获得明显的正电荷或负电荷，静电势的贡献就会变得越来越重要；因此，它会随PH值发生明显的变化。这种模型法不但解释了Eexp与PH值的关系，而且还得出了下面几条重要的一般性预测成果：1）对于同价阳离子置换有差别的矿物，其从Eexp值也会随pH值的变化而发生类似的变化，2）由于Eexp是大小类似但符号相反的焓的总和，所以可想象到会出现负的Eexp值；3）就带电位置的浓度而言，Eexp与部分反应速率阶（Order）呈线性相关；4）在高温下，溶解速率会对PH值越来越敏感；5）对     

硫酸盐气溶胶直接和间接辐射气候效应的模拟研究

将大气化学模式引入到区域气候模式中，实现同步计算大气化学成分和气象要素，以中国地区1994年1、4、7、10月为研究对象，模拟了4个月的气候变化。通过分析发现，硫酸盐气溶胶的直接和间接辐射效应都使大气顶产生负的辐射强迫，使地面气温下降；间接效应的引入加剧了辐射强迫和地面降温，是一个不可忽视的重要过程，在模拟中风吹草动时考虑直接和间接效应是必须的。     

模拟医疗废物在管式电阻炉上的热解特性研究

在管式电阻炉上对由聚丙烯、面巾纸、纱布、医用脱脂棉、一次性口罩、医用乳胶手套等按一定比例组成的模拟医疗废物在氮气气氛进行了热解研究。重点探讨了10K／min，20K／min，30K／min和40K／min等不同升温速率对热解产物分布、产气特性和热解过程的影响。结果表明，随着温度升高，模拟废物的热解产生气体的主要成分逐渐由CO2和CO转变为C3H6、CH4、C2H6、C2H4和C3H8。同时，热解处理对模拟废物的减量化效果比较明显，固体残留率仅为5．61％～7．02％。而且，加热速率对模拟医疗废物热解过程的影响较大。     

K/T界面冲击层的岩石矿物特征及其对论证地外撞击事件的意义

分布在世界各地的K／T界面剖面，尽管形成环境各异，但彼此之间的岩石矿物特征却有许多共同之处。对于大多数剖面来说，界面粘土层的底都普遍存在着一个结构特别的冲击层。冲击层的厚度在全球的分布并不均匀，北美和加勒比海地区可达2～50cm，而其它地区则只有几厘米。冲击层的厚度可能反映了距离撞击坑的远近。详细的岩石与矿物学研究结果表明，在北美和加勒比海地区冲击层实际上具有双层结构特征。上面的一层称为火球层，除了富集Ir和其它地外指示元素外，还含有大量的烟灰和富Ni镁铁尖晶石。下面的溅射层则含有大量的冲击玻璃球粒（玻璃陨石）和冲击变质矿物。K／T界面冲击层的发现为Ir异常的地外撞击成因解释提供了更为直接的物理证据。     

模拟氮沉降和CO2浓度增加对三江平原小叶章群落土壤总有机碳和氮素含量的影响

利用开顶气室(Open-Top Chamber,OTC),设置当前大气CO2浓度(370μmol.mol-1)、中等CO2浓度(550μmol.mol-1)和高CO2浓度(700μmol.mol-1)3个CO2浓度水平和不施氮(N1,0g N.m-2.a-1)、常氮(N2,5g N.m-2.a-1)、高氮(N3,10g N.m-2.a-1)3个氮素水平。研究了不同N沉降水平下,大气CO2浓度升高对以三江平原小叶章群落土壤有机碳和氮素含量的影响。结果表明:CO2浓度升高结合氮沉降连续运行两个生长季后,湿地土壤总有机碳含量没有显著变化,说明较短时间内大气CO2浓度升高和氮沉降不会使三江平原土壤有机碳含量产生变化。氮沉降引起各个土层的土壤全氮、铵态氮和硝态氮的含量增加,施氮水平越高土壤氮增加越多,但是全氮增加量不明显,铵态氮随施氮量的增加呈现极显著差异水平(P<0.01)。0～10cm,10～20cm土层土壤全氮、铵态氮的含量随着CO2浓度升高呈现出先增大后减小的趋势。土壤硝态氮含量在10～20cm土层含量变化与土壤全氮、铵态氮的变化趋势相同。说明大气CO2浓度一定程度的增加可以增加土壤的氮素含量,但是过量的大气CO2浓度反而会使得土壤氮素含量减少。     

化石燃料结构变化对大气中d13CO2的影响

根据煤炭、石油和天然气等化石燃料的CO2排放量及其碳稳定同位素组成,用按比例叠加的方法逐年计算1860~1996年CO2化石燃料源的d13CO2(PDB),用简单全球碳循环模式研究该变化对大气d13CO2的影响,并将计算结果与CMDL近10年的监测数据进行对比.结果表明,化石燃料源的d13CO2在140年内下降了4.5‰,在碳循环模式中考虑这种动态变化之后,大气d13CO2的模拟结果与同期实测值的相关程度有较大提高.     

化石燃料结构变化对大气中δ~(13)CO_2的影响

根据煤炭、石油和天然气等化石燃料的CO2排放量及其碳稳定同位素组成,用按比例叠加的方法逐年计算1860~1996年CO2化石燃料源的d13CO2(PDB),用简单全球碳循环模式研究该变化对大气d13CO2的影响,并将计算结果与CMDL近10年的监测数据进行对比.结果表明,化石燃料源的d13CO2在140年内下降了4.5,在碳循环模式中考虑这种动态变化之后,大气d13CO2的模拟结果与同期实测值的相关程度有较大提高.     

化石燃料结构变化对大气中δ13CO2的影响

根据煤炭、石油和天然气等化石燃料的CO2排放量及其碳稳定同位素组成,用按比例叠加的方法逐年计算1860~1996年CO2化石燃料源的d13CO2(PDB),用简单全球碳循环模式研究该变化对大气d13CO2的影响,并将计算结果与CMDL近10年的监测数据进行对比.结果表明,化石燃料源的d13CO2在140年内下降了4.5‰,在碳循环模式中考虑这种动态变化之后,大气d13CO2的模拟结果与同期实测值的相关程度有较大提高.     

环境气象学

X16 2(X)么犯661硫酸盐气溶胶直接和间接辐射气候效应的模拟研究/吴涧…(南京大学大气科学系)//环境科学学报/中科院生态环境研究中心一2(X犯,22(2)一129一134,环图X一9 将大气化学模式引人到区域气候模式中,实现同步计算大气化学成分和气象要素,以中国地区1994年1、4、7、10月为研究对象,模拟了4个月的气候变化,通过分析发现:硫酸盐气溶胶的直接和间接辐射效应都使大气顶产生负的辐射强迫,使地面气温下降;间接效应的引人加剧了辐射强迫和地面降温,是一个不可忽视的重要过程,在模拟中同时考虑直接和间接效应是必须的。图5表l参11X162田202…     

温室气体二氧化碳的捕集和贮存

地球大气中C煤和其他温室气体浓度的上升增强了自然温室效应，导致气候变化，目前，矿物燃料燃烧排放的CO2大约为23Gt/a。     

模拟大气 CO2水平升高对春季太湖浮游植物生理特性的影响

基于2012年春季在太湖梅梁湾进行为期27 d的不同CO2水平(大气CO2体积分数([CO2,g])梯度为270×10-6、380×10-6、750×10-6)的野外培养实验,揭示了大气CO2水平升高对太湖浮游植物的碳源选择、生长速率、光合作用、净初级生产力和细胞化学元素组成等生理过程的影响,结果表明,大气CO2浓度的升高首先会显著改变太湖水体的pH值和碳化学环境,减弱浮游植物碳浓缩机制(CCM)的必要性.大气CO2浓度加倍后,浮游植物的最大生长速率(Umax)、净初级生产力(NPP)、单位叶绿素a(Chl-a)含量的NPP会分别增加63.1%、69.6%、33.8%.大气CO2浓度的升高会促进太湖绿藻和硅藻的最大光合作用效率并且其对硅藻的促进作用比绿藻更显著,但并没有改变春季蓝藻光合作用活性极低的现状.大气CO2浓度的升高在提高浮游植物细胞中C、N含量的同时,却减少了P的吸收.本研究结果将为预测和揭示太湖浮游植物对未来气候变化的响应提供理论基础.     

东莞市城区大气二氧化碳浓度模型及模拟

基于GIS及CO2实测数据,根据系统动力学原理,运用STELLA软件,构建东莞市城区大气CO2浓度模型,对城区CO2浓度进行模拟,探索城区CO2浓度变化规律及影响因素,为改善城区大气质量提供科学依据。模型由3个模块构成:大气交换模块、人类活动模块和绿地植被模块。反馈环主要有3个:大气交换与大气CO2浓度的负反馈,植被光合作用与大气CO2浓度的负反馈,以及植被呼吸作用与大气CO2浓度的负反馈。模型模拟结果显示,东莞市城区大气CO2浓度日平均值为483.62μmol/mol,越靠近市中心,大气CO2浓度越高。城区大气CO2浓度晚上高、白天低。人口密度和汽车尾气排放是城市大气CO2浓度的主要影响因素。仅增加城区绿地面积对城区CO2浓度影响不大。降低城区大气CO2浓度的有效措施:目前重点应为推广公共交通,并应逐渐转向推广清洁能源汽车。     

湖南宏厦桥花岗岩体风化壳地下水化学特征及其成因分析

对湖南宏厦桥花岗岩体的风化壳(简称本区)水文地球化学特征进行了分析,并用主成分分析法定量分析探讨了地下水中溶质的来源。研究发现:就本区而言,地下水中的溶质以Ca2+、Mg2+、Na++K+、HCO3-为主,属超淡、极软、弱-中性的重碳酸型水,但不同地下水类型、不同水文地质条件,溶质的组成特征不同,因此又存在差异性和水平分带性;与邻区相比,表现出花岗岩风化壳地下水化学组成的典型性;与花岗岩对照组比较,表现出很强的地域性;与河流对照组比较,表现出形成环境和物质来源的差异性。主成分分析结果表明:本区地下水的溶质来源于岩石风化析出、大气降水输入和生物作用输入,贡献率分别为62.4%、21.6%和9.1%;岩石中含量越高的矿物,贡献率越大,溶解度越高的矿物,贡献率越大;金属阳离子和可溶性SiO2,都来自岩石的风化析出(Na+有11.7%来自海水蒸发进入大气后随大气降水输入);阴离子和游离CO2都来自大气降水和生物作用输入;大气降水输入的Cl-、SO42-、NO3-、F-,部分来源于海水蒸发,部分来自大气污染,Cl-、NO3-还有少部分来自生物作用。大气污染物输入地下水的绝对量虽小,但酸性强,对水文地球化学环境的作用不小。     

岩溶地区土壤二氧化碳运移的数值模型

基于多孔介质流体动力学与多组分分子扩散理论，以菲克定律为物理模型，结合质量守恒定律，建立岩溶地区土壤CO2运移的数值模型。在确定的边界条件下，模拟土壤CO2的运移过程。模拟结果与实测结果一致，表明数值模型基本正确，为进一步探讨岩溶地区土壤CO2与大气CO2的关系打下了良好的基础。     

绿泥石缺失条件下盖层封闭性的变化规律

为进一步探究绿泥石对CO2-水-岩石相互作用的影响,结合鄂尔多斯盆地深部地层的黏土矿物组成,利用先进的数值模拟软件TOUGHREACT,研究了绿泥石缺失条件下盖层封闭性的变化规律,并揭示了其封闭性变化的机理。结果表明:绿泥石缺失使盖层中的地球化学反应发生了极大的变化,矿物体积分数的变化量减小,盖层的自溶蚀效应减弱;矿物的化学行为(由沉淀为主转化为以溶解为主或由溶解为主转化为以沉淀为主)发生了逆转;CO2-水-岩石的地球化学进程大幅减缓;CO2的矿化捕集作用明显减弱,且CO2矿化捕集量一直小于0,不利于CO2地质封存。     

陆地与大气间的CO_2循环

准确预测将来大气中二氧化碳(CO2)浓度水平的关键是理解陆地和大气之间的CO2交换.每年陆地植物会去除(固定)大气中第8个CO2分子中的1个,同时,陆地植物的呼砐作用的土壤有机物的作用会将差不多数量的CO2返还到大气中.这样一种交换情况将决定陆地生态系统究竟是一个净的碳汇还是一个净的碳源.本期刊物中的2篇论文