地史时期古大气二氧化碳变化趋势与温室气候——以中生代白垩纪为例

中生代不仅是地球发展和生命演化的重要阶段,同时也是距离现代最近的典型温室气候期。其中,白垩纪被视为地球历史时期温室气候的最佳范例之一。通过古植物气孔参数、古土壤同位素以及地球化学模型等途径的研究,可以勾勒出白垩纪这一典型温室气候环境下古大气二氧化碳浓度变化的大致轮廓。在整个白垩纪时期大气二氧化碳水平相对较高,但在白垩纪早期较低,白垩纪中期达到最高,而白垩纪晚期逐渐降低。更重要的是,借助于这些地质参数还更精确地识别出在白垩纪关键时期出现了几次显著的古大气二氧化碳的短期快速波动变化,表明白垩纪的温室气候状态并非之前所想象的那么稳定,而是发生了几次大规模快速气候扰动事件,并伴随着二氧化碳浓度的短期波动变化。这项研究质疑了整个白垩纪期间气候温度均匀分布且呈现单一稳定温室状态的观点。     

空间天文学与天体物理学

几乎我们所知宇宙中的一切都来自于对天上无线电波至γ射线大致横跨波长16个数量级的电磁辐射的研究。然而大部分辐射都完全被地球大气层吸收了——只有无线电波和可见光波能透射到地表,即使这些波也存在变形或受到干扰。空间天文学则能避免地球大气的影响,在天上打开新的窗口,通过这些窗口,我们窥探到了比原先所知的更遥远的宇宙以及有关宇宙结构和宇宙演化方面更加丰富多彩的信息。     

科技前沿

<正>火星大气探测器成功入轨美国"火星大气与挥发演化"探测器经过10个月的漫长航行,成功进入绕火星运行的轨道。该探测器项目的花费超过6.7亿美元,旨在调查火星的上层大气,帮助了解火星大气层的气体逃逸对火星气候与环境演变所产生的影响,这也是美国发射的首个专门执行这一使命的探测器。     

地球系统演化自组织理论与热动力模式

地球演化遵循特殊的非平衡、非线性物理学原理.地球之所以摆脱了行星共有的归宿——非平衡定态,跃迁到一个充满希望的非线性世界,是由于地球体系曾发生过一次来自内部的、随机的巨涨落。这次决定地球命运的巨涨落就是原始CO_2大气自发液化事件(干冰事件).建立在非平衡热力学理论和干冰假说基础上的地球系统演化理论与模式,使许多地球问题和复杂现象获得解释,同时也成功地建立了完整的地球演化重要事件的时间序列.     

南极蓝冰用于第四纪古气候重建的进展

来自南北两极和山地的冰芯深刻揭示了第四纪气候与环境的演化,并提供了迄今为止最准确的大气成分历史记录.但是,传统深冰芯钻探面临着成本高和样品稀缺的局限,蓝冰区的浅层钻探由此成为了有效的补充研究手段.蓝冰研究最近在两个方面取得突破:首先,在蓝冰区发现了比最老深冰芯(800 ka)更老的冰样,揭示了中更新世转型期大气二氧化碳的浓度范围.其次,以相对较低的成本提供了大量末次间冰期以来的冰样,使新的分析方法得以实现.但是蓝冰研究也受到诸多因素的限制,无法取代深冰芯钻探.未来的蓝冰研究可围绕探索新的有价值蓝冰区、对现有蓝冰区展开进一步冰川动力学的研究,以及针对已有样品开发新的分析方法这3个思路进行突破.     

隐孢子的争议与研究

陆生植物的出现是地质历史时期生物演化的重大事件，深刻地改变了大气和地表环境，为陆地生物的发展和繁盛奠定了基础。隐孢子是分布在寒武纪中期至早泥盆世地层中的一类孢型植物化石，对探索陆生植物的起源和早期演化历史具有重要科学意义。然而，对于隐孢子的定义存在明显争议，目前仍无法统一。结合近年来国内外研究成果，文章对这类化石的基本问题和相关研究进行梳理与回顾。对隐孢子化石在形态学、系统分类学和古生物地理学等方面的综合研究，极大地促进了对早期陆生植物起源与演化的新认识，并为地球生命演化及远古环境变迁提供新见解。     

大气和海洋对周年极移的激发

给出海洋对周年极移激发的定量计算结果,大气对周年极移的激发量约为海洋的２倍多;大气与海洋激发的总量,比起只考虑大气,更接近于观测到的周年极移激发量;这表明大气和海洋是周年极移的主要激发源。     

青藏高原大气颗粒态汞的环境意义及其研究进展

汞是一种全球性污染物。大气颗粒态汞在青藏高原的大气汞沉降中扮演着重要的角色,长距离传输和沉降使得偏远地区也受到人为排放汞的影响。文章介绍了大气颗粒态汞在青藏高原汞生物地球化学循环中的重要性和当前的研究进展,并展望了未来的研究方向。第二次青藏高原综合考察研究项目,将对大气颗粒态汞进行更深入和系统的研究。基于汞同位素和模式模拟等方法,进一步量化大气颗粒态汞跨境传输及其对环境的潜在影响,为青藏高原的环境保护提供科学支撑。     

动物在5.2亿年前首次享受自由呼吸

<正>地球上的生命可能在35亿年前就出现了,早期生命是没有细胞核的原核生物,当时大气中的氧气含量不到现今水平(21%)的十万分之一.大约在20多亿年前真核生物开始出现,与当时大气中氧气含量增加到现今水平的1%以上相关.而复杂的多细胞生物直到8~6亿年前才开始逐渐繁盛,这也与氧气含量增加到现今水平的10%以上有关.但宏观双侧对称动物直到5.4亿年前起始的寒武纪早期才开始大量出现,并迅速辐射和多样化,被演化生物学家称为"寒武纪大爆发".在地球漫长历史中的这一短期内的生命快速演化曾使达尔文非常困惑.其原因至今依旧是生物     

前沿

正恒星耀斑有助发现生命美国西北大学的一项研究表明,尽管行星主星发出的恒星耀斑猛烈且不可预测,但并不一定会阻止生命的形成,而且可能有助于发现生命。通过将三维大气化学和气候模型与从遥远恒星观测到的耀斑数据相结合,研究团队发现,恒星耀斑可能在行星大气和可居住性的长期演化中扮演重要角色。恒星耀斑是由恒星发出的,是磁成像的突然闪光。在地球上,     

太阳磁场测量

20世纪初太阳黑子中磁场的发现将对太阳的研究从唯象观测带入真正的物理研究。太阳磁场将太阳内部以及各层大气联系在一起,其演化驱动了太阳大气中的各种活动现象。太阳磁场的精确测量对于我们理解太阳物理学中大多数尚未解决的问题至关重要。文章主要回顾了太阳磁场的发现和观测历史,介绍太阳磁场常用的测量方法和当前面临的挑战。     

季风与大气环流系统

人类有气象仪器记录的历史太短, 不足以捕捉气候系统全部的变率, 更难以用来预测未来数十年到数百年的气候变化. 重建过去气候变化的历史、理解其机制和过程可以在很大程度上弥补上述不足. 在气候系统中, 由于季风的演化与变率对人类经济、文化和生活节奏的许多方面均有重要影响, 其研究工作对社会的重要性也日益增加. 亚洲季风受欧亚大陆和印度洋-太平洋之间海陆热力差异及青藏高原的强烈影响, 是气候系统非常重要的一个组成部分. 从气候学上讲, 季风区是大气对流活动最强烈的地区, 与热带辐合带密切相关, 对全球大气的热量和水汽传递起着非常重要的作用[1]. 通过地质记录来揭示季风在地质历史时期的变化过程和机制, 对更好地理解季风的变化规律、预测其未来趋势至关重要.     

太阳磁场测量

20世纪初太阳黑子中磁场的发现将对太阳的研究从唯象观测带入真正的物理研究。太阳磁场将太阳内部以及各层大气联系在一起,其演化驱动了太阳大气中的各种活动现象。太阳磁场的精确测量对于我们理解太阳物理学中大多数尚未解决的问题至关重要。文章主要回顾了太阳磁场的发现和观测历史,介绍太阳磁场常用的测量方法和当前面临的挑战。     

美国MAVEN号飞船起航 探求火星大气失踪之谜

<正>美国宇航局(NASA)价值4.85亿美元的"火星大气与挥发物演化"(MAVEN)号飞船,在当地时间2013年11月18日,从位于佛罗里达州的卡纳维拉尔角起航。如果2014年9月MAVEN成功抵达火星,它将会研究这个星球外大气层的气体如何逃逸到太空,以及在过去的数十亿年里损失率的变化情况。MAVEN抵达火星后,将探索太阳风是如何与火星大气层相互作用并如何将大气削弱的。"MAVEN的工作将为火星如何演化成如今的模样     

硅酸盐、碳酸盐和硫化物共同风化促使CO2排放

<正>物理侵蚀和化学风化与地质时期地球气候的演化关系一直是热点科学问题^[1～3].硅酸盐矿物的化学风化作用是地球历史上碳循环的重要组成部分^[1,3～6].尽管地壳和地幔通过岩浆/变质作用向大气中排放了大量CO₂,但硅酸盐风化作用由于吸收/封存大气CO₂(产生碱度或HCO₃^–)而被认为是中和CO₂排放的一个关键机制,     

探求火星大气失踪之谜

美国宇航局（NASA）价值4.85亿美元的“火星大气与挥发物演化”（MAVEN）号飞船,在当地时间2013年11月18日，从位于佛罗里达州的卡纳维拉尔角起航。如果2014年9月MAVEN成功抵达火星,它将会研究这个星球外大气层的气体如何逃逸到太空，以及在过去的数十亿年里损失率的变化情况。     

一颗K型超巨星脉动的证据和初步分析

近年来,晚型超巨星大气的物理状态和活动愈来愈引起人们的极大重视。对这类星的精确光电观测和光谱分析对研究恒星的演化规律和恒星大气结构有着重要意义。ζAur食双星系统中K型子星是颗红超巨星,它具有庞大的色球层,且有激烈的色球活动。在全食期间,B型子星被K型子星掩食,这时是研究K型超巨星大气物理状况与活动的极好机会。为此我们在1979年12月24日至1981年2月27日期间内对ζAur系统中的K型超巨星进行了窄波段的光电观测和光谱观测并对观测资料进行了自回归谱分析(AR谱分析),分析结果说明     

大气环境中微塑料分布与迁移及生态环境影响研究进展

新兴污染物微塑料广泛分布于水体、陆地和大气环境中,大气中的微塑料研究起步较晚,但其潜在生态环境影响的范围更广.本文以2015年以来发表的大气微塑料相关文献为基础,对室外环境大气与室内大气中微塑料的分布、来源、迁移过程和生态环境影响进行了系统的综述.研究表明,大气微塑料已分布于全球大气中,其分布特征与室内外环境、下垫面类型和污染扩散等环境因素相关.大气环境中微塑料主要来源于塑料制品的生产、使用和回收过程,少量来源于陆地和海洋中积累的微塑料.值得关注的是,新冠肺炎疫情中口罩的使用可能加重了大气中的微塑料污染.微塑料在大气环境中可发生悬浮、沉降和扩散等迁移过程,并受到微塑料形态、风力、风向和降水等因素的影响.微塑料在大气中的扩散,也称大气传输,是全球塑料循环的重要一环.目前多采用混合单质点拉格朗日集成轨迹模型(Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory, HYSPLIT)进行后向轨迹模拟以研究其扩散路径,主要通过统计沉降量并结合空气动力学模型估算其传输量.大气中的微塑料能够影响区域大气环境质量,可能通过影响热收支和水循环等因...     

木星带来更多惊奇

正美国宇航局"朱诺号"探测器发回地球的最新数据表明,木星大气飓风起源于木星大气深层,持续时间比地球飓风长得多。木星南北两极巨型飓风是恒久性大气特征,在太阳系中很独特。科学家说,我们对木星的了解依然很少,需要新一代探测器从新视角更深入探测木星。木星上著名的条带发源于什么深度一直是谜。"朱诺号"在飞近木星过程中进行的引力测量如今终于提     

华南下寒武统地层的Mo同位素组成特征及其古海洋环境意义

Mo同位素是近10年来发展起来的新的非传统稳定同位素之一, 由于其特殊的同位素分馏机制, 使之成为研究古海洋和大气环境的良好指标. 通过对中国南方典型下寒武统剖面的Mo同位素组成的测定, 推断寒武纪早期海水的δ⁹⁷/⁹⁵Mo值应大于1.4‰, 并且较为稳定, 而剖面上Mo同位素组成的变异与沉积环境的氧化还原变化有关. 结合已有的数据, 整个地史时期海水的Mo同位素演化模型被构建, 其同位素组成变化基本与大气氧的演化一致.