地球水圈演化热力学模式及干冰假说

地球液态水的出现和海洋的形成与早期突发的干冰致冷事件有关,在干冰致冷假说基础上建立的水圈演化模式,从热力学角度揭开了地球水形成演化之谜。     

从宏观非平衡热力学到随机热力学

本文评述了宏观非平衡热力学的成就及面临的问题,强调了研究非平衡涨落的重要性。同时介绍了马尔可夫过程理论渗入热力学,把涨落纳入热力学理论框架企图的产生,从而导致了随机热力学建立,这一值得注意的非平衡热力学发展新动向。     

论微观迁移速率在演化过程中的重要性

在远离热平衡状态,涨落可能被放大,因而出现非平衡结构,这最先为Glansdorff和Prigogine所提出,现已为人所共知之事。然而,涨落通过何种机制被放大,则尚未清楚。作者提出,使非平衡涨落放大成为可能的原因,是微观(量子)迁移速率的不全相等。并指出在远离平衡态个别的迁移速率成为描述系统演化特征的重要参量。1.在热平衡态,细致平衡原理对任一对微观态r和s间的迁移都成立。因此,迁移速率{W_(rs)}中     

耗散结构与地球物质系统

耗散结构理论是一种关于非平衡系统的自组织理论,它是由比利时自由大学普里高津教授在长期研究非平衡态热力学和统计物理学的基础上,于一九六九年提出的。普里高津指出,一个系统要形成耗散结构至少需要四个必要条件。第一,系统必须是一个开放系统;第二,系统必须远离平衡态;第三,系统内部各个要素之间存在着非线性相互作用;第四,涨落导致有序。地球物质系统满足这四个必要条件,因此它是一个耗散结构系统。下面拟从这四个方面来阐述地球物质系统是一耗散结构系统的论题。     

不连续现象的数学模型——托姆的突变理论

科学在对线性的、平衡的现象作了充分研究的基础上,正在向非线性、非平衡的现象进军.物理科学、生物科学对相变现象以及耗散结构一类非平衡态现象的研究.大范围的非线性经济模型的研究,都需要得力的数学武器.在数学为这类研究提供的工具中,除非线性方程分叉点理论,重正化群理论外,托姆的突变理论很引人注目.耗散结构理论的创始人普里戈金教授在本刊3卷1期《从存在到演化》一文中就专门提到这一理论.什么是突变理论?张奠宙同志的这篇文章作了生动而具体的入门介绍.     

非线性沸腾传热学-I:耗散结构理论

近30年迅猛发展的非线性科学是研究自然界复杂现象之规律的一门学科,被喻为与相对论、量子力学齐名的20世纪出现的第三次科学革命,针对沸腾系统非平衡、非线性、随机性,复杂性和非还原性的特点,作者尝试把沸腾传热学和非线性科学结合起来,建立一门新的交叉学科分支——非线性消费者腾传热学.目前,耗散结构理论、协同学理论、分岔理     

微观核裂变动力学研究进展

原子核裂变是一个复杂的非平衡非绝热的大幅度量子多体动力学过程.近年来,随着计算能力的发展,微观裂变动力学取得了很大的进展.本文介绍了非绝热的时间相关的密度泛函理论和绝热的时间相关的生成坐标法等微观裂变动力学模型.裂变位能面的并行约束计算和能量相关性对绝热裂变模型很重要.最近,我们扩展了有限温度加动力学涨落的时间相关的密度泛函理论.基于时间相关的密度泛函理论,对裂变过程中的对关联效应、涨落效应、耗散效应、非绝热效应、能量相关性、碎片之间的纠缠等核裂变机制获得了新的认识.此外,微观裂变研究对理解天体过程中的r-process也很重要.我们期待发展出更综合更精确的核裂变理论支撑核裂变的应用创新.     

度规的量子涨落对宇宙演化的影响

修改引力最一般的方法,是考虑用里奇标量的一般函数代替爱因斯坦-海森伯作用量,也即f(R)理论.本文即根据海森伯的度规非微扰量子化方法,提出了一种新的修改引力理论,即把度规算符分解为经典部分和量子涨落部分,得到修改引力的场方程和守恒方程.应用到Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker时空,得到修改的弗雷德曼方程.由于度规的量子涨落,在一定条件下,可以实现反弹宇宙;或者在暗能量主导的时期,宇宙的膨胀速度也可能减慢,并根据物理条件,对相关参数进行了必要的限制.我们不仅分析了度规的量子涨落对辐射和尘埃演化时期的影响,而且还给出了量子涨落对暴涨参数——如慢滚参数、光谱指数和原初曲率扰动谱的修正.     

熵增加原理的发展及其应用

熵是克劳修斯(R.Clausius)于1854年首先引入的一个热力学状态函数,用来表述热力学第二定律即熵增加原理.二十世纪初,以第一、二、三定律为基础的热力学,已发展成为一门独立的学科——平衡态热力学(即所谓经典热力学).1945年以普利高津(I.Prigogine)为首的布鲁塞尔学派,在平衡态热力学的基础上开始建立了非平衡态热力学理论.首次把平衡态的熵增加原理发展为近平衡(即线性非平衡)情况下的最小熵产生定理,以及远离平衡(即非线性非平衡)情况下的超熵产生概念和耗散结构理论.非平衡态热力学理论的创立是近几十年来热力学发展史上的突破,它的应用远远超出了经典热力学的范围,不仅在非生物界,而且在生物界以及经济学、社会学等学科中的研究和应用都具有广阔的发展前景.     

非线性溃变理论物质结构的系统制约观

基于物质结构实在性和非线性演化模型而提出的溃变理论是非线性理论的观念性观点。本文从四个方面概括了非线性溃变理论的物质系统不同于西方第一推动体系的制约观。（１）在整体观中具体完善了事物演化的“稳定，渐变，不稳定，突变，通过不连续溃变并演化为新的稳定，渐变……”的系统整体演化链。（２）以物质结构的非均匀性提出了第二搅动下物质的涡旋结构观，揭示了“天人合一”的物质性。（３）在结构信息控制观中阐述了非均匀     

浅谈生态治疗

和所有的生态系统一样，人体是一个开放的自我调控的复杂生态系统（小宇宙），即一个耗散结构，与外界环境有着持续的物质、能量和信息的交流。正常情况下，系统的随机涨落在反馈机制下很快回复到定态，但当环境变化超过一定阈值（巨涨落）后，系统将失去稳定。由于非线性...     

加强海洋生物碳泵地质演化的研究

<正>海洋生物碳泵的地质演化是一个涉及地球系统各圈层相互作用的前沿科学难题,被列入了国家自然科学基金委员会和中国科学院联合资助的地球系统科学发展战略研究报告.如果说现代海洋生物碳泵的研究目的在于查明海洋储碳的途径和机制并服务于碳中和等目标的话,那么古海洋生物碳泵则更多地记录了它与一些重大地质事件的关系,包括古气候的冷暖变化、海洋缺氧事件、生物大灭绝事件等涉及地球整个表层系统乃至地球深部过程的一些重要环节.     

地球在劫难逃生命何去何从

(全文分两期刊登完) 1 地球生命史上的五次物种大灭绝 在漫长的地球生命演化史上,地球生命至少遭受了五次超级灾难事件,每一次地球物种损失都在70%以上.     

地球系统科学(ESS)与网格(Grid)技术

地球系统科学的提出,极大地改变了人们的研究和思维方式,同时也成为促生网格技术的重要因素之一.本文通过研究认为,地球系统科学和网格技术都是复杂的巨系统,二者的结合将是21世纪的重要事件.网格技术将为20世纪遗留下来的世界性地球科学难题(如全球变化、地震预报和宇宙起源等)提供最有力的技术支持.     

运离平衡现象研究的现状

“在非平衡、非线性的现象下面隐藏着物理的概念和规律,我们要去发现它,研究它。这个领域的研究目前还处在一个初始的阶段。”这是日本著名理论物理学家久保亮五(R. Kubo)对于远离平衡现象研究现状所作的一个估计远离平衡现象特别是非平衡相     

问与答

？问:《大自然探索》一些关于古生物文章里常会提到地质年代,什么是地质年代？地球的年龄至少已有46亿年,在漫长的地球演化历史中,地壳经历了种种“地质事件”,如地壳运动、火山爆发、岩浆活动、海陆变迁等等,这些“地质事件”均在地壳中保留下来。科学家通过对地质年代的划分来研究地球演化、了解各处地层所经历的时间和变化。因此地质年代就是各种地质事件发生的时代。     

快速凝固条件下溶质的非平衡分配模型

一、引言 依据化学反应速率理论和细仔平衡原理,Aziz建立了在远离平衡的快速凝固条件下溶质的非平衡分配模型.该结果被一些新近出版的有关快速凝固的专著和文献广为引用.但是H.哈肯的研究指出,在远离平衡的条件下细仔平衡条件不再满足.本文根据文献[4]的结果推广了Aziz模型,建立了快速凝固条件下溶质的非平衡分配模型.     

新元古代雪球地球事件与地幔超柱活动

新元古代时期是超大陆裂解、低纬度冰川发育和多细胞生物繁衍的重要阶段,涉及全球性的古板块运动、气候变迁、生命演化等一系列跨学科重大科学问题,已经成为近年来国际地球科学研究的热点和前沿.其中关于超大陆裂解的起始时间和持续时间、裂谷岩浆活动性质和热液蚀变强度、水-岩反应与低18O岩浆成因的古气候意义、超大陆演化与气候突变之间的关系等,是当前地球科学界十分活跃并得到迅速发展的研究领域.新元古代中期与超大陆裂解有关的地幔超柱作用及其衍生的大规模裂谷岩浆活动,可能在启动全球性冰川、引起局部地区间冰川和终止雪球地球事件三个方面,对雪球地球事件的形成和演化都发挥了非常重要的作用,是地质历史上"冰"与"火"之间相互作用的典型范例.     

奥陶纪生物大辐射

自从38亿年以前地球上首次出现最原始的生命以来,经过数十亿年的漫长演化终于呈现出今天我们所见到的纷繁复杂的地球生命系统.研究表明,其演化过程并非匀速,而是时而加速(大辐射),时而减速甚至停滞,有时还遭受重大挫折(大灭绝)!正是这些大大小小、性质各异的宏演化事件,使得地球生命系统的演化酷似一部华丽的、抑扬顿挫的交响乐,而且至今仍在奏响,生生不息.     

地幔矿物热传输机制的研究

地幔热传输机制与地球的起源、地球动力学以及地球热演化等问题关系密切。因而该机制是固体地球热物理学研究的重要课题。以往的地幔热传输模型都是在仅考虑体系内部处于平衡状态下得到的,有一定局限性。笔者在前人工作基础上,根据高温高压下地幔矿物物理性质的新资料,采用非平衡量子统计方法,对以前的模型进行修正,从而使文献[1,2]所讨论的有关问题,作为我们理论的一个特殊情况(平衡状态)。