1.5～5.0GPa压力下冰-水平衡的超高压差热研究

众所周知,微量水对矿物和熔体的物理性质会产生重大影响:强度和粘度降低,扩散速率和电导率增大,地震波衰减,固相线由于水的加入而降低等.这种广泛的影响无所不在,使得水成为所有地质体系中最活泼的成分,可用以解释整个地球的演化和动力学.水的PVT关系是其基本的物理化学性质.在冰-水相平衡系统中,水的P-T稳定范围由熔化压力线范围限定,沿着这条曲线,水与冰的各种变体处于平衡.水和其它固体样品不同,必须就位测量其物理化学性质,这就增大了实验测量的难度.尽管水在地质上很重要,有     

照亮地球深部的“明灯”——高温高压实验

地球是人类赖以生存和发展的家园,相对于其表层系统(大气圈、水圈、生物圈),人类对地球深部的认识仍然非常有限。地质学/地球化学方法通过研究地表出露的来自地球深部的岩石矿物和来自外太空宇宙的陨石等样品,来推测地球内部物质的性质。地球物理方法则利用地震波来探测地球内部的结构。半个多世纪以来兴起的高温高压技术,使得科学家能够在实验室中模拟地球内部的极端压力和温度环境,同时结合各种现代化分析测试手段,对岩石和矿物在极端高温高压条件下的性质状态进行原位研究,极大地促进了我们对地球内部的物质组成和结构的认识。因此,高温高压实验技术已经成为人类探索地球深部结构和物质组成的“明灯”。     

拆沉作用与华北克拉通破坏

综述了近年来对岩石圈拆沉作用化学和物理过程的研究及其对华北克拉通破坏的效应, 强调了榴辉岩熔体-橄榄岩反应形成的辉石岩源区及其导致的地幔化学不均一性是拆沉作用的地幔直接响应. 由此形成的来自辉石岩源区的玄武岩具有独特的矿物学和地球化学标志, 可很好地解释华北克拉通中生代玄武岩. 熔体-橄榄岩反应可能是导致克拉通岩石圈地幔富化、密度升高、弱化、最终失稳的重要原因. 其中熔体的性质是鉴别不同克拉通破坏机制的关键.     

环境中硒的迁移、微生物转化及纳米硒应用研究进展

硒,人类及动物不可或缺的微量元素之一,在地球化学循环中扮演着重要角色.自然界中的硒通过风化作用从磷化岩、煤矿等富硒源中释放,经沉降、挥发、大气循环、生物作用等方式在生态系统中迁移转化.在众多迁移转化途径中,微生物对硒的转化尤为重要,主要包括异化还原、同化还原、氧化、甲基化和去甲基化5种方式.其中,异化还原是去除环境介质中SeO_4~(2-)及SeO_3~(2-)的主要方式,产物纳米硒(SeNPs)凭借独特的物理化学性质广泛应用于电子、医学、环境修复等领域.然而,关于生物源SeNPs合成的过程调控、机制解析,乃至生物信息学相关研究尚处于初步探索阶段.因此,本文综述了硒在环境中的迁移转化过程,着重阐述了微生物对硒的转化机理,以及生物合成SeNPs在化学传感器、抗癌领域及催化领域的应用,旨在为揭示硒元素的地球化学循环、微生物转化机制,及拓宽生物SeNPs的应用领域提供必要的信息及理论参考.     

地球内部流体的动力学过程与机制

<正> 1 现代地球科学 地球内部流体行为研究涉及到5个方面的问题:即流体在地球内部不同层位的(1)存在形式;(2)分布;(3)来源;(4)迁移过程以及(5)迁移过程中与所附存的岩石间所发生的化学的和物理的作用。这5个方面代表了地球内部流体研究的最关键性问题。地球内部流体的动力过程(dynamic processes)则主要是指第(4)和第(5)个问题。由于进行地球内部流体研究所涉及问题的广泛性和特殊性,以及进行地球内部流体研究时必须以整个现代     

中国东部新生代碱性玄武岩橄榄石斑晶中含CH_4熔体包裹体的发现及其地质意义

碱性玄武质岩浆起源于上地幔或者更深处,是了解地幔物质组成的重要窗户.熔体包裹体是主矿物在结晶过程中被捕获的,不易受到后期地质作用的影响,最早结晶的矿物橄榄石所捕获的熔体可以有效地记录原始岩浆的物理化学信息.在此次研究中,利用激光拉曼光谱(LA-Raman)对华北克拉通东部山东杨庄新生代碱性玄武岩橄榄石中,73个熔体包裹体内的气体组分进行了原位分析,并利用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)对寄主橄榄石的主微量元素进行了测试.结果显示,熔体包裹体中含有高含量的CH4等烃类,而且含有石墨和碳酸盐等矿物,这为CH4在上地幔高温高压条件下能够稳定存在提供了直接证据,也表明中国东部地幔存在低氧逸度的区域.橄榄石斑晶具有高Ni,高Fe/Mn比值的特点,指示源区可能存在辉石岩组分.结合其他地球化学和地球物理资料,西太平洋板块对中国东部岩石圈地幔的俯冲效应可以很好地解释玄武岩源区存在辉石岩组分和CH4富集特征的现象.CH4是深部碳的重要存在形式之一,太平洋板块俯冲作用可能是中国东部深部碳循环重要的动力学机制.     

我国东南沿海地区地幔流体性质及其意义

地幔流体在研究地幔物质成分、交代作用、部分熔融等深部地球化学过程的重要性,已越来越受到重视.由Roedder定义的地幔流体包括熔体和挥发分两者在内(主要是CO_2、硅酸盐熔体、硫化物熔体).Roedder首先发现地幔岩中原生和次生两类CO_2流体包裹体,彭礼贵报道了阿尔卑斯型橄榄岩中又一类全晶化岩浆包裹体,其成分相当于超镁铁质橄榄岩.     

核爆炸坑岩石熔体的元素地球化学特征

里斯(Ries)、拉普佩贾维(Lappajrvi)等地球上的冲击坑,在其周围广布着玻璃状的熔体。这些熔体有着共同特点:1.化学成份分布均匀;2.化学组成反映出靶岩性质;3.有些亲铁元素如Ir,Os和Re相对富集。核爆炸坑与冲击坑的成坑过程十分类似。因此,研究核爆炸熔体,玻璃体的元素地球化学特征,建立熔体母岩模式,对月球高地,月海熔岩进行分类来研究月壳演化过程,以及研究玻璃陨石母岩模型等具有重要意义。     

反应釜的原理、操作、注意事项及应用

反应釜作为一种可进行高温高压化学反应的密闭容器,由于反应范围广、操作简便、反应条件可控等特点,近些年在实验室中迅速普及.相比于常压下的操作,水热/溶剂热反应釜内部的高温高压能够改变物质本身的物理化学性质,实现特定的化学反应,被广泛应用于化学、医药、材料科学等多领域的研究与探索.本综述系统介绍了水热/溶剂热反应釜的结构、基本原理、操作规范以及相关的注意事项,并全面介绍了反应釜在碳纳米材料、无机纳米材料和聚合物材料等研究领域中的重要成果和最新进展.希望本文能够激发科研院校的工作者在安全使用反应釜的前提下创造出更多高质量的成果.     

地球动力学研究原理

一、引言地球动力学(geodynamics)是研究地球的动力学的科学。有些现今的动力现象,它们发生在地表一定区域并导致地质“灾害”,这些是地球动力学最感兴趣的对象。地球表面的动力学受制于两种过程:内力过程和外力过程,前者源于固体地球的内部,后者源于大气圈和水圈。这两种过程是彼此相反的:一般而言,内力过程力求形成各种构造(structures),而外力过程则对形成的构造加以破坏,这一事实可用对抗性原理(the Principle of Antagonism)来描述,这个原理是地球表面动力学的基本理论。通常人们认为内力过程是第一性的,它形成了山脉、抬升了高原并促使大陆漂移。内力     

第一性原理分子动力学计算核幔边界条件下Ni的结构和动力学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理分子动力学计算了在地幔与外地核(核幔)边界条件下Ni的结构和动力学, 发现在核幔条件(4000 K, 139 GPa)下, Ni是一种液态结构. 常压下液态Ni的原子排列主要是二十面体序, 在压强的作用下, 二十面体序有一个增加的过程, 当压强大于68 GPa后, 二十面体序的增强过程发生逆转, 大量的完整二十面体结构受到破坏, 缺陷二十面体急剧增加. 核幔边界条件下的液态Ni形成了一种由完整二十面体、缺陷二十面体、面心以及密排六方等其他原子排列方式并存的复杂结构. 我们计算了液态Ni的扩散系数, 其数量级大约为10^-9 m²/s, 与相应条件下Fe的扩散系数的数量级相同. 由于核幔边界条件下的高压作用, 液态Ni原子比常压和低压下的Ni原子扩散得更慢, 且在弛豫过程中出现了β弛豫.     

岩浆与岩浆岩：地球深部“探针”与演化记录

岩浆是在地下形成的含挥发分的高温粘稠的硅酸盐或碳酸盐熔融体,由岩浆凝固而成的岩石称为岩浆岩或火成岩。用科学的方法来观察和解释它们,它们就不是一堆死气沉沉、枯燥无味的石头,而是一部引人入胜的“无字天书”。地球系统是一个整体,它是由从地心到地表的多个层圈构成的。岩浆是地球各层圈之间相互作用的产物,是地球各层圈之间物质和能量交换的重要使者。研究岩浆作用与岩浆岩有三个方面的意义：①岩浆岩及其所携带的深源岩石包体可以被称作探测地球深部的“探针”（lithoprobe）和“窗口”(window)。②岩浆岩也是板块运动与大地构造事件的记录,通过岩浆岩的研究,可以恢复古板块构造格局,追溯大地构造演化历史。③归根到底,是服务于人类社会对于合理利用资源,改善环境,减轻自然灾害的需求。     

4f屏蔽与镧系元素的第一、第二、第三电离能——SLATER法的应用和改进

镧系元素的第一、第二、第三电离能,前人曾做过很多的研究。文献[1]总结报道了用表面电离法和电子冲击法测定的第一电离能的实验值以及用一种半经验光谱法计算的第二电离能,至于镧系元素的第三电离能,大多是用经验方法间接估计。温元凯等又应用Born-Haber热化学循环于稀土元素氯化物,计算了全部镧系元素的总电离能和第三电离能。     

基于AFM的淋巴瘤细胞成像及其机械特性测定

原子力显微镜(AFM)以其独特的成像方式, 为在细胞水平和分子水平获取细胞生理状态的新认识提供了技术手段. 研究了近生理环境下基于AFM的Burkitt淋巴瘤(Burkitt’s lymphoma, BL)细胞成像及其机械特性的测定, 探索了基于多聚赖氨酸的悬浮细胞固定方法, 并在此基础上实现了AFM对BL细胞表面形貌及其超微结构的高分辨率成像; 对活体BL细胞以及戊二醛固定后的BL细胞的机械特性进行了测定, 验证了Hertz模型对BL细胞机械特性描述的有效性, 同时揭示了戊二醛的引入将导致BL细胞硬度的显著增加. 实验结果为近生理环境下悬浮细胞的高分辨率形貌表征和机械特性测定提供了技术思路和实验方法, 同时为在单细胞尺度上探索可用于疾病早期快速诊断和个性化治疗的新生物标记奠定基础.     

岩石风化碳汇研究的最新进展和展望

自气候变化的岩石风化控制学说提出至今,学界普遍认为,是硅酸盐的化学风化碳汇作用在控制着长时间尺度的气候变化,而在短时间尺度上硅酸盐风化碳汇与碳酸盐风化碳汇也是旗鼓相当的.然而,最新的研究发现,碳酸盐溶解的快速动力学和硅酸盐岩流域中微量碳酸盐矿物的风化在控制该流域溶解无机碳(DIC)浓度和碳汇上的重要性,使得碳酸盐风化碳汇占整个岩石风化碳汇的94%,而硅酸盐风化仅占6%左右.另一方面,水生光合生物对DIC的利用及其形成的有机质(内源有机碳)的埋藏,使得碳酸盐风化碳汇在任何时间尺度气候变化的控制上可能都是重要的.此外,岩石风化碳汇研究的另一重要进展是发现了碳汇随全球变暖和土地利用变化显著增加,即形成了气候变化的负反馈机制.未来应通过岩石风化碳捕获和储存过程及其控制机理的进一步研究,揭示岩石风化碳汇过程及其气候和土地利用调控潜力,以服务于各国应对气候变化的国家政策制定.重点研究:①岩石风化碳汇过程及其物理、化学和生物控制机理;②硅酸盐岩流域中微量碳酸盐矿物的风化在控制流域DIC浓度及其碳汇上的重要性;③陆地水生光合生物利用DIC产生内源有机碳的效率;④气候变化和土地利用调控岩石风化碳汇的潜力.     

金伯利岩与金刚石

本文简要介绍了自然界分布极少,来源最深的一种火成岩 — 金伯利岩、其中的地幔捕虏体以及金刚石的特征,他们三者有着密切成因联系。金伯利岩岩浆来自深达200 km的地幔,地幔内部在高温、高压及低氧逸度的环境下可以结晶出金刚石,当岩浆快速上升时携带了地幔捕虏体及其解体矿物,金刚石也是被携带的矿物之一。除了碳的微粒通过固体扩散形成金刚石外,流体及熔体对金刚石生长过程所起的作用也不可忽视。     

氢能质子交换膜燃料电池核心技术和应用前景

氢能质子交换膜燃料电池通常被认为是清洁、高效和静音的能源技术,可以将氢气转换成电和热。早在几十年前商业界就期望燃料电池能够应用在运输领域,但一直难以真正实现。阻碍其商业化的主要障碍是成本高、耐久性差、系统较复杂,以及缺乏氢气供给基础设施。为了更好地理解这些问题,文章将介绍这种燃料电池的基本原理、核心技术和应用前景。     

基于SOA-XGM全光波长变换的实验研究

在反向注入辅助光的条件下对基于半导体光放大器(SOA)中交叉增益调制(XGM)的全光波长转换进行了研究, 分析了该方案中转换信号的眼图消光比、信噪比与所注入辅助光的功率、波长之间的关系. 实验结果表明, 注入适当功率和波长的辅助光后, 转换信号的眼图信噪比可提高6~10 dB, 明显改善了转换信号眼图的质量, 降低了系统的误码率, 提高了系统的灵敏度.     

赋存深度对岩石力学参数影响的实验研究

研究赋存深度对岩石物理力学参数的影响,对于认识深部岩体变形破坏规律,以及分析深部工程灾害事故机理具有十分重要的意义.通过在北京门头沟矿区大台井同一岩层进行现场取样,获得了赋存深度处于410~1010m的7个深度水平上的同一层玄武岩,将其加工成77个标准试件(其中单压21个、三轴35个、劈裂21个),借助MTS815和RMTS150岩石力学实验系统,分别进行了单轴压缩、三轴压缩和巴西劈裂实验,获得了玄武岩密度、单轴抗压强度、单轴抗拉强度、弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角等基本岩石物理力学参数随赋存深度的变化规律.研究发现,统计意义上玄武岩密度、弹模、单拉强度、单压强度、黏聚力、内摩擦角随赋存深度的增大而线性增加,仅泊松比随深度增加而线性减小.另外,还简要分析了造成不同深度同一岩层物理力学参数差异的原因.     

机械感受器Piezo离子通道激活与调控机制

Piezo通道是在哺乳动物中发现的机械敏感离子通道,参与触觉形成、渗透压调节等多种重要生理过程,并与感觉异常、心血管疾病、肿瘤等疾病密切相关。Piezo将机械信号转化为电信号的机械激活过程可以由膜穹顶机制来描述解释,即Piezo通道与附近磷脂膜在不受力时呈现高度弯曲的穹顶状,而受力开放时变平,以获得在能量上更稳定的构象。这一过程可受Piezo蛋白本身性质、脂质、互作蛋白等多种因素调节,以适应Piezo复杂多样的生理功能。深入理解Piezo机械激活与调控的分子机理,将有助于从机械转导的角度为相关疾病的防治带来新的突破。