近50年来天山乌鲁木齐河源1号冰川平衡线高度对气候变化的响应

冰川平衡线高度是反映气候变化最直接的参数之一. 基于1959~2008年天山乌鲁木齐河源1号冰川平衡线高度观测资料和河源区气候变化资料, 建立了过去50年冰川平衡线高度与夏季气温以及降水量变化之间的关系模型, 并揭示出暖季气温是该冰川平衡线高度变化的主导气候因素. 1号冰川平衡线高度在1959~2008年时期呈上升总趋势, 并在2008年达到最高值(海拔4168 m), 接近该冰川的顶部. 近50年来该冰川平衡线高度上升了约108 m. 对1号冰川平衡线高度的气候敏感性研究表明, 如果暖季(5~8月)气温升高(降低)1℃, 那么冰川平衡线高度将上升 (下降)约61.7 m; 如果年降水量增加(减少)10%, 那么冰川平衡线高度将下降(上升)约13.1 m. 如果河源区气候保持过去50年的平均升温趋势(斜率为0.019℃/a), 平衡线将以2.16 m/a的速率继续升高; 如以2000~2008年的速率升温(斜率为0.059℃/a), 平衡线高度将以6.5 m/a的速度上升直至达到稳定态. 冰川平衡线的升高, 使得积累区面积比率减小, 而消融区面积比率增加, 将对气候变暖背景下冰川的进一步消融产生重要影响.     

基于碳烟表面活性的多步碳烟生成机理研究柴油机碳烟生成的主要影响因素

随着排放法规对发动机碳烟排放量以及碳烟颗粒尺寸的要求日益严格,柴油机部分预混燃烧技术通过协同控制燃烧过程中混合与化学反应参数,可以实现高热效率与超低的碳烟排放.这样使得燃烧边界条件对碳烟生成过程的影响成为研究的关键问题.本研究利用三维CFD数值模拟方法,耦合正庚烷化学动力学简化模型以及改进的多步现象学碳烟模型,来预报以正庚烷为替代燃料的柴油机部分预混燃烧过程及其排放特性.乙炔作为碳烟前驱物形成以及碳烟表面生长的主要组分,其生成历程的准确预报为模拟碳烟形成奠定了基础.碳烟表面生长过程是碳烟质量积累的重要过程,本研究引入碳烟颗粒活化表面比例分数αCH作为评价碳烟表面活化程度的标准,探讨了不同燃烧边界条件对碳烟表面活化程度的影响.研究结果表明,对于混合气均匀的燃烧工况,氧浓度降低导致燃烧温度降低,引起单位面积上的碳烟生长速率大幅降低是表面生长速率减慢的主要原因,最终导致碳烟的生成量减少;随着混合气分层程度增加,燃烧过程中积累了大量未燃碳氢化合物,促进了乙炔的生成和碳烟表面活化程度升高,加速了碳烟表面生长过程,导致最终碳烟排放恶化.此外,燃烧过程中残留的CO对碳烟后期氧化产生一定的抑制作用.     

基于光诱导交流电渗流的碳纳米颗粒自动化装配技术

碳纳米颗粒作为一种新颖的纳米材料,在生物医学、材料以及能源等领域都具有重要应用价值.提出一种基于光诱导交流电渗流的碳纳米颗粒自动化装配新方法.在分析了光诱导非均匀电场环境下碳纳米颗粒纳受力的基础上,建立了光诱导交流电渗流的滑移速度模型以及驱动交流电压频率模型,获得了其最优交流电压驱动频率为1kHz,并利用有限元仿真软件Comsol Multiphysics仿真分析了光诱导交流电渗流在整个装配空间的速度场分布.结合计算机视觉监控和数字投影系统,构建了基于光诱导交流电渗流的碳纳米颗粒自动化装配实验系统,进行了50nm碳颗粒的装配实验.实验结果证明,当交流电压峰值为3V,频率为1kHz时,在光诱导交流电渗流作用下,碳纳米颗粒自动地快速地富集于入射光斑的中心区域.同时,由该方法装配的碳纳米颗粒结构在高度方向上可达到1μm.结果证明,光诱导交流电渗流方法在纳米颗粒的操作与装配,以及三维纳米结构以及纳米传感器构建方面具有重要的应用前景.     

周口店猿人遗址样品“元素碳”浓度及其应用于人类用火证据探究的可能性

元素碳(EC)是燃烧过程必然产生的富碳贫O-H-S-N物质, 穴居猿人长期用火必然在洞内相应地层遗留相当数量EC. 通过化学方法分离EC, 采用元素分析仪及自制系统测定碳含量. 20世纪30年代出土的炉床、近炉床灰烬展品样、第10层3个堆积物样等的EC浓度分别为43.74‰, 1.77‰, 3.88‰, 1.87‰和1.11‰; 洞外第10层相同层位样品以及第4, 7层样品EC浓度均比前者至少降低一个数量级. 上述结果表明: 第10层取样部位可能接近炉床; 更广范围取样, 可能获得与炉床相对应的EC高浓度区. EC测定研究为北京猿人用火新证据寻找带来新希望.     

双室法制备高密度、高纵横比Ag_2S纳米颗粒纳米线

采用双室法,在多孔阳极氧化铝(AAO)模板中制备出高密度、高纵横比的Ag2S纳米颗粒纳米线.用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)及能谱仪(EDS)对Ag2S纳米线阵列的形貌、组成及晶体结构进行了表征.结果显示Ag2S纳米线为单斜结构,直径在165～270nm之间,纳米线由直径为40～60nm的球形颗粒构成.化学反应、成核和生长是Ag2S纳米颗粒纳米线的生长机理.     

纳米聚苯乙烯胶乳颗粒的特殊成膜性质

应用多种实验手段对平均粒径29 nm的聚苯乙烯纳米胶乳颗粒成膜过程进行了研究. 样品经不同温度热处理1 h后, 原子力显微镜扫描发现聚苯乙烯颗粒的变形温度约为90℃, 平坦化温度约为 100℃. 90℃以下处理时, DSC扫描在Tg附近有一放热峰, 100℃以上热处理后消失. 固体核磁共振结果也发现在90- 100℃热处理后, 芳香碳和脂肪碳的自旋-晶格弛豫时间发生明显转变. 其密度也在该区间发生突变. 说明纳米尺寸的聚苯乙烯颗粒的凝聚态特征与大粒径(＞1 (m)胶乳或本体聚苯乙烯不同, 从而导致聚合物颗粒在较低温度下即可发生变形和相邻颗粒间的融合.     

近50年来祁连山七一冰川平衡线高度变化研究

基于祁连山七一冰川平衡线高度观测资料, 建立了该冰川平衡线高度与暖季气温(9, 7和8月份的平均气温)和1~3月份降水量之间的统计关系模型, 并揭示出暖季气温是该冰川平衡线高度变化的主导气候因素. 对该冰川平衡线高度的气候敏感性研究表明, 如果暖季气温升高(降低)1℃, 那么该冰川平衡线高度将上升(下降)约172 m; 如果1~3月份降水量增加(减少)10%, 那么该冰川平衡线高度将下降(上升)约62 m. 七一冰川平衡线高度在1958~2008年时期呈上升总趋势, 并在2006年达到最高值(海拔5131 m), 接近该冰川的顶部. 近50年来该冰川平衡线高度上升了约230 m. 如果未来气候维持2001~2008年时期的平均气候状况, 那么七一冰川还将继续退缩约2.08 km, 才能达到其稳定状态.     

海螺沟冰川冰蚀基岩面矿物变形与冰下过程

海螺沟冰川地处温暖湿润的海洋环境, 冰川运动速度较快, 冰川底部接近压融点, 存在丰富的冰川融水. 冰川底部有丰富的碎屑, 为冰川磨蚀提供了有效“研磨工具”. 偏光显微镜下观察冰蚀基岩面矿物变形破裂特点, 揭示长石、石英、角闪石和黑云母不同程度存在变形、破裂和化学蚀变. 受矿物晶格特性制约, 黑云母发生弯曲变形较普遍, 弯曲方向多与冰川流向一致, 少量角闪石也出现弯曲变形; 石英和长石多见高角度张性破裂和低角度压剪破裂, 个别矿物被完全压碎(糜棱岩化), 显示出其刚性特点. 冰川底部的磨蚀、拔蚀、冰下流水作用和冰下溶蚀作用在微观尺度上都得到证实. 矿物的变形、破碎是冰川底部侵蚀的基本机制, 海螺沟冰川单次磨蚀厚度在30~90 μm, 统计平均50 μm, 主要产生粉砂粒级碎屑. 基岩表面矿物变形破碎程度向下迅速降低. 推算本地的冰川侵蚀速率约2.2~11.4 mm/a, 与其他海洋性山岳冰川侵蚀速率较一致, 小于阿拉斯加大规模山麓冰川的侵蚀速率(10~30 mm/a), 大于大陆性冰川的侵蚀速率(0.1~1.0 mm/a). 冰川类型、冰川规模是影响侵蚀速率大小的主要因素.     

北京冬季PM1中有机气溶胶的高分辨率气溶胶质谱观测

有机气溶胶(OA)是大气细粒子中的重要组分,其化学组成和来源的识别对有效控制颗粒物污染水平具有重要意义.利用高分辨率气溶胶飞行质谱对北京2010年冬季亚微米气溶胶(PM1)中OA质量浓度和粒径分布进行了高时间分辨率(5min)的在线测定,以了解其化学特征及来源.结果表明,北京冬季OA的平均浓度为20.9±25.3ug/m3,最小值与最大值分别为1.9和284.6ug/m3.OA的H/C,O/C,N/C的摩尔比分别为1.70,0.17和0.005,相应的OM/OC(有机物和有机碳的质量比)为1.37.OA的粒径分布范围较宽,在积聚模态450nm附近有明显的峰值,而对超细粒子(Dva<100nm)的贡献主要来自燃烧源的一次排放.北京冬季的OA主要分为3类:烃类有机气溶胶(HOA)、烹饪类有机气溶胶(COA)和氧化性有机气溶胶(OOA),分别占OA的26.9%,49.7%和23.4%.HOA和COA分别来自燃烧源和烹饪源排放的一次有机气溶胶(POA),而OOA则对应着"老化"的二次有机气溶胶(SOA).     

多溴联苯醚(PBDEs)在珠江口水体中的分布与分配

对珠江口水体溶解相及颗粒相多溴联苯醚(PBDEs)的时空、垂向分布及其在两相间的分配进行了初步研究. 结果表明, PBDEs 在水体中的分布随采样季节的变化显示出明显的差异性. 5月以冲淡海水为主的水体PBDEs浓度明显低于10月以新输入河流淡水为主的水体PBDEs浓度. 10月样品的空间分布表明河流径流输入是伶仃洋内PBDEs的主要来源, 其中溶解有机碳含量可能是水体中PBDEs含量的主要控制因素. 5月冲淡海水PBDEs的空间和垂向分布相对均一, 颗粒物含量是水体中PBDEs含量的主要控制因素. 溶解有机碳含量、颗粒态有机碳含量对PBDE在两相中的分布与分配都有一定作用, 但随水体性质不同存在一定差异.     

中红外自由电子激光辐照后牙釉质上的元素分布的变化

为了了解中红外自由电子激光辐照对牙釉质化学成分的影响, 在北京自由电子激光装置上对牙釉质进行了辐照. 用同步辐射X荧光和扫描电子显微镜分析了辐照和未辐照牙釉质的元素分布. 分析表明, 激光的波长在牙釉质红外吸收峰(9.65 μm)处, 辐照处形成椭圆小坑(熔结区), 并伴有显著的化学元素的丢失. 元素丢失的多少按以下顺序P＞Ca＞Sr. 扫描电子显微镜(SEM)测量验证了熔结区内元素的分布是不均匀的. 元素丢失的范围为600μm×200μm的椭圆. 预示着中红外自由电子激光是牙外科的一个潜在的优秀光源.     

近代湖泊沉积物球状碳颗粒(SCP)定年

通过事件性沉积的发现和判断确定沉积物年代, 是对传统的放射性核素定年的补充和检验. 根据湖泊沉积物中球状碳颗粒(SCP)的分布, 确定近代湖泊沉积物年代序列是事件性沉积定年的方法之一. SCP是高温燃烧化石燃料的产物, 能扩散到距源区数百公里的范围内, 并随降水或干沉降被保存于沉积物中. 由于是高温形成, 且其主要成分为单质碳, 球状碳颗粒在沉积物中非常稳定, 不易迁移. 通过简单处理, SCP很容易被提取、鉴定和统计. 尽管中国对化石燃料利用较早, 但真正的高温燃烧是伴随着发电工业的出现而开始的. 目前中国75%左右的煤炭消耗是用于发电, SCP产出量与发电量成正比, 反映到湖泊沉积物中为SCP的浓度变化随区域发电量的增长而增长, 因此湖泊沉积物中SCP的浓度变化就具备了时标意义. 龙感湖所在的安徽省有火电发电记录始于1952年, 其后的发展过程与龙感湖沉积物中SCP的浓度变化的过程相对照, 提供了该地区SCP时标, 以此为据, 本文确定了龙感湖LH孔和LL-4孔湖泊沉积物的SCP年代序列. 这一年代序列对¹³⁷Cs和²¹⁰Pb测年结果进行了检验.     

7000 m处冰芯中Pb记录揭示人类活动污染在加剧

利用电感耦合等离子体质谱仪 (ICP MS)及相关的超净化技术 ,对希夏邦马峰达索普冰芯上部 40m样品中的超痕量Pb含量进行测试的结果显示 ,冰芯自下而上 ,Pb含量增长十分显著 .由于达索普冰川的特殊地理位置 ,局地Pb污染的可能性很小 ,Pb的主要来源可能是工业排放的Pb .而造成这种增长的原因是与希夏邦马峰相邻的国家工业化进程加快 ,特别是含Pb燃料的燃烧释放的Pb增大 .     

南京栖霞山铅锌矿山中的现代钙华: 一种高度富锌和锰的方解石

金属硫化物矿山开发引发的重金属污染已成为当前急需解决的环境问题. 以南京栖霞山铅锌矿采矿巷道壁上的现代钙华为研究对象, 利用电子探针、扫描电子显微镜和X射线粉末衍射分析等矿物学手段, 分析了钙华中的矿物组成及其重金属元素的赋存形态和分布状况. 结果表明钙华的主要矿物成分为方解石. 尽管地层水的重金属含量较低, 但是钙华中碳酸盐矿物的微量元素含量却较高, 最高含量分别为: Mn 23.65%, Zn 9.60%, Mg 0.76%, Fe 4.44%和Pb 0.66%. 钙华在电子探针背散射电子像中呈现出复杂的韵律壳层构造, 成分分析表明这种韵律壳层构造与重金属的分布有关. 另外, 在钙华中见有螺旋状及团絮状物质可能表明微生物参与了钙华的形成过程, 并与重金属的富集存在关联. 所报道的高度富锌-锰方解石对矿山环境中的重金属污染治理具有可借鉴意义.     

科洛荡子山硅钡钛石的发现、晶体结构及成因机制

产在科洛荡子山的硅钡钛石(batisite),其寄主岩为荡子山火山岩体中岩浆型暗色包体——白榴霓霞岩.白榴霓霞岩包体为暗灰色,粗粒结构,块状构造,长柱状的辉石类矿物清晰可见,气孔发育.Batisite呈亮白色板状、细长柱状或针状集合体,晶体宽度为2～20μm、长度为50～200μm,多以集合体形式穿插出现在霓石-霓辉石颗粒之间,与之共生、伴生的矿物为霓石-霓辉石、富钛铁透辉石、富Ba钾长石、富Sr磷灰石、霞石、白榴石以及交沸石等.Batisite的化学成分为富Ba、Ti、K、Na的硅酸盐矿物,SiO₂=39.47wt%,TiO₂=20.02wt%,BaO=16.43wt%,Na₂O=7.76wt%,K₂O=5.91wt%,Fe₂O₃=3.96wt%,Nb₂O₅=1.69wt%,ZrO₂=1.47wt%,Al₂O₃=0.19wt%,CaO=0.40w...     

右江盆地SEDEX金矿化类型的发现及意义

卡林型金矿床是全球最重要的金矿化类型之一,尽管已经有大量关于卡林型金矿床的研究成果发表,但在巨量Au来源及成矿动力学背景方面仍存在很大的争议.本研究以右江盆地中-上二叠统火山-沉积岩中新发现的自然Au为视角,通过高精度的电子探针(EPMA)、纳米离子探针(NanoSIMS)和原位激光剥蚀(LA-ICP-MS)相结合,进行自然Au的纳米矿物学、白铁矿原位硫同位素组成和微量元素分析.结果显示,中-上二叠统火山-沉积岩中发育大量具喷流沉积(SEDEX)特征的硫化物结核(白铁矿-黄铁矿-石英-重晶石),自然Au主要以纳米级颗粒(1～5μm)赋存在白铁矿裂隙中. EPMA分析显示,自然Au中伴生Hg、Cu、Zn、Sb等低温成矿元素,与卡林型金矿床成矿元素组合(Au-As-Hg-Sb±Cu±Zn)基本一致.自然Au寄主矿物白铁矿具有较低的Co/Ni比值(平均0.12)、高的Ti含量(主要介于39～890 ppm (1 ppm=1μg/g),部分测点Ti含量可达10000 ppm以上),以及低的Cu(1～32 ppm)、As(1～920 ppm)、Zn(0～5 ppm)和Au(0～0.53 ppm)含量.这种低Co/Ni比值和Ti富集特征表明,白铁矿形成于沉积-成岩过程且与高Ti峨眉山玄武岩的喷发有关.白铁矿δ34S值介于20.30‰～34.29‰(平均25.86‰),揭示其形成于一个硫酸盐较为封闭,而H2S较为开放的环境,有机质参与的热化学硫酸盐还原作用(TSR)为大量硫化物的沉淀提供S.以上这些证据显示与峨眉地幔柱有关的海底热水喷流导致低温成矿元素Au-Sb-Hg±Cu±Zn在中-晚二叠世火山-沉积岩中初步富集.结合前人研究,综合认为峨眉地幔柱活动可能为大规模的卡林型金矿化提供了成矿物质基础.尽管峨眉地幔柱与卡林型金矿化之间的关系仍需进一步的研究,但无疑本次的研究发现对重新审视二者之间的关系具有重要意义.     

微矿分离:煤炭清洁化与土壤改良的新契机

报道一种新型的矿物分离技术.该技术集成了磨矿、分离、颗粒级配和土壤改良技术,是结合微纳米科学与材料加工技术等开发的一种多学科交叉的能源化工创新性技术.利用此技术可以高效地选择性脱除含碳材料源中的微量元素及矿物质,制备出清洁固体燃料(clean solid fuel, CSF)、清洁类液体燃料(pseudo liquid fuel, PLF)以及土壤改良矿物质(soil remediation minerals, SRM),简称为微矿分离(RMS)技术.该技术主要包括4个工艺步骤:(1)基于矿物嵌布形态解构,采用流体磨实现碳质组分与无机组分的高效解离;(2)采用颗粒表面改性、多相流界面调控及专用助剂等将碳质颗粒和无机颗粒高效分离;(3)分离之后形成的碳质颗粒流,脱水制成CSF,或者进入PLF制备单元,同时无机颗粒流经脱水制成SRM;(4)采用多峰级配将碳质颗粒制成高浓度PLF. RMS工艺技术经小试和工业放大试验,已完成工业放大验证,可燃体回收率大于80%的同时CSF灰分小于7%. SRM制成的天然矿物质肥料和土壤改良剂,可有效缓解表土流失问题,提高植被及作物产量,通过植物及土壤增量固碳,进而达到碳中和目的.RMS技术可生产低成本的清洁燃料并可实现煤基固废的资源化利用,为煤炭的高效清洁化利用和CO2减排提供了可靠的途径.     

可分解设计RGD(4,3;v)的存在性

近两年来,国内许多学者均在P/T界线粘土层中发现了各种微球粒(何锦文,1986;高振刚等,1987;殷鸿福等,1987;傅国民等,1987)。但所做的工作仅限于表面描述,电子探针和X射线能谱分析等。对于能精确测定其微量元素含量的中子活化分析,则因为微球粒体积小(直径一般为30—100μm),单颗粒测定较困难,而一直未能测定。最近,我们从广元P/T界线粘土大量样品中挑选出35mg铁质小球(约300颗),集中为一个样品进行分析,使得活化分析顺利进行。结果表明这类小球是一种富Au,Cr,Co,Ni     

纳米Ag-Cu合金的Ag和Cu析出与晶粒长大行为研究

纳米晶材料(nc-)首先由Gleiter和他的合作者提出,并用惰性气体淀积法(IGC)所获得.这些纳米颗粒在真空下原位加压成型.纳米晶材料的平均直径一般采用X-射线衍射法测定.引起X射线衍射峰展宽有两个因素:小的颗粒直径和晶体缺陷造成的内应力.在惰性气体淀积法(IGC)过程中,由于金属蒸气迅速冷却凝聚,可能形成过饱和固溶体而处于非平衡状态;另一方面金属合金蒸气中的溶质原子浓度的涨落会改变溶质在纳米颗粒中的浓度,这都可能使X射线衍射峰展宽.因此除用X射线衍射法外,结合其他方法是必要的.AgCu合金是研究这一效应的最佳材料.Kumpmann用示差热分析(DSC)来研究nc-AgCu合金,观察到大的放热反应,这与过饱和α-Ag和α-Cu的析出有关.     

干旱区荒漠无机固碳能力及土壤碳同化途径

干旱区荒漠的非生物固碳能力一些学者至今怀疑,关键在于地上通量观测到的CO_2吸收结果是否在土壤碳库得到体现.本研究在我国西北干旱区,将荒漠划分为砾质荒漠(戈壁)、沙质荒漠(沙漠)和壤质荒漠三大类,从颗粒组成、总含盐量、有机碳和无机碳含量等方面测定分析,研究不同类型荒漠土壤有机碳和无机碳(soil inorganic carbon,SIC)密度和储量变化,并与高寒生态系统进行比较.结果表明,不同类型荒漠平均0~30 cm表土层和1 m深土壤SIC密度分别为2.8和10.1 kg C m~(-2).相比较,壤质荒漠的SIC密度最高,1 m深土壤达到12.1 kg C m~(-2).针对土壤对CO_2的吸收和无机固定,提出土壤碳同化(soil carbon assimilation)概念.荒漠生态系统固碳是植物碳同化与土壤碳同化,即有机和无机过程的结合,荒漠土壤无机碳密度和储量是有机碳的5倍.土壤碳同化途径分为3个阶段:CO_2与H_2O反应阶段、CO_2或弱碳酸与土壤溶液阳离子反应阶段、生成溶解碳酸盐与沉淀碳酸盐附着于土壤颗粒和向下沉积阶段.土壤碳同化能力随着土壤有机碳含量、含盐量、水分、粉粒和黏粒含量的增加而提高.