奥陶纪生物大辐射研究:回顾与展望

奥陶纪生物大辐射是早古生代地球海洋生态系统发生的一次重大生物事件,经过数10年的地层古生物研究积累和近20年来全世界多个国家与地区相关专家有针对性的研究(以3个IGCP项目的连续执行为标志),目前已经有了一些基本共识:大辐射持续了几乎整个奥陶纪,达4000多万年,期间出现过多次辐射高潮;差异演化是大辐射的基本特征之一;大辐射的发生并不伴有地球海洋生态环境的重大灾变,其起始、进程以及具体表现型式受生物自身宏演化规律(内因)和外界环境因素(外因)的双重制约.在华南开展的实例研究为国际间深刻认识这一重大生物事件做出了积极贡献.继续深化奥陶纪生物大辐射的研究,一方面要在有条件的地区广泛开展实例分析,在精深系统古生物学和高精度生物地层学研究的基础上,深刻揭示大辐射的过程和实质;另一方面要积极与沉积学、构造地质学、地球化学等相关学科进行交叉与综合,以探讨大辐射的诱因及控制机制,进而揭示大辐射期间有机界与无机界的协同演变关系.     

冰期快速形成导致奥陶纪末生物大灭绝

<正>在显生宙以来,地球上发生了5次生物大灭绝事件.其中,奥陶纪末生物大灭绝(theendOrdovicianmassextinction,EOME)是第一次全球生物大灭绝,其生态系统遭受的破坏程度排在5次生物大灭绝事件的第二位[1～3].绝大多数生物大灭绝事件都与大火成岩省在时间上密切相关[4],但是奥陶纪末生物大灭绝的原因至今仍存在争论.在奥陶纪-志留纪界线,曾经发生过一次大规模冰川事件.一些学者认为冰川导致的剧烈气候变迁是造成这次生物大灭绝的关键[5].     

紫阳动物群:华南一个早奥陶世斜坡相化石库

陕西省紫阳县洄水镇早奥陶世地层中发现了一个以完整保存的三叶虫化石为主,兼有笔石、腕足动物、节肢动物、遗迹化石等多个门类化石的特异埋藏生物群——紫阳动物群.经初步研究,该动物群中三叶虫化石主要有Seleneceme, Niobe, Nileus, Ampyx, Degamella, Borogothus, Geragnostus, Dividuagnostus等;笔石主要包括Tetragraptus和Paratemnograptus等;腕足动物则主要有Tritoechia和Lingulella等.这是一个以三叶虫占优势、处于较深水斜坡相的特殊埋藏动物群,其中三叶虫兼具有寒武纪Ibex动物群和奥陶纪Whiterock动物群的过渡特征.该动物群的发现和研究将为奥陶纪生物多样性大辐射提供重要化石证据,也为扬子西北缘斜坡相生物多样性辐射研究提供了新的化石材料.     

五次物种大灭绝事件

科学家普遍认为,在地球生命演化史中,像二叠纪生物大灭绝这样的事件一共发生过五次. 奥陶纪-志留纪之交的生物大灭绝 在距今大约4.4亿年的奥陶纪末期,发生了地球史上第三大的物种灭绝事件.古生物学家认为这次物种灭绝是由全球气候变冷造成的.在大约4.4亿年前,现在的撒哈拉所在的陆地位于南极,当陆地汇集在极点附近时,容易造成厚厚的积冰,奥陶纪正是这种情形.     

二叠纪物种大灭绝之谜

发生在距今4.43亿年前的奥陶纪末期物种大灭绝事件使大多数海洋动物灭绝,包括许多腕足动物和牙形石动物,三叶虫的数量也大为减少。其实,像奥陶纪末期这样的物种大灭绝事件在地球上曾经发生过多次,而其中最为严重的是发生在二叠纪末期的物种大灭绝事件。那么,当时到底发生了什么可怕的事情,使这个蓝色星球上的大部分物种突然消失呢?     

载人深空探索中空间辐射风险评估所面临的问题和挑战

在载人深空探索任务的计划与实施中,首先需要考虑的是确保航天员的安全和健康.空间辐射是载人深空飞行中威胁航天员健康的主要风险因素之一.本文对载人深空探索任务中空间辐射风险评估所面临的问题和挑战进行了系统地总结和分析,提出了当前与空间辐射风险评估有关的6个方面的主要问题:空间辐射品质因子的预测、低剂量/剂量率辐射风险的外推、剂量和剂量率降低效应因子的预测、个体辐射敏感性差异的甄别、微重力等空间因素对辐射风险的影响、以及太阳质子事件引起急性辐射损伤的评估等.针对这些科学问题和挑战,本文进一步讨论了在未来相应的研究或实践中需要建立和发展的主要关键技术.对载人深空探索中空间辐射风险评估所面临的科学问题和关键技术的梳理和分析可为有效降低空间辐射对航天员的健康风险提供相应的对策.     

中国三大块体晚奥陶世凯迪早期区域构造事件简

基于地层学和古生物学的研究,论及奥陶纪中国华南、华北和塔里木3个块体中发生的构造事件. 华北和塔里木地台区内及其边缘带在晚奥陶世凯迪期有一次区域性的抬升事件,表现为这些地区的奥陶系与其上覆的晚古生代地层间的假整合接触. 陕西陇县和耀县的笔石和牙形刺新资料表明,那里的奥陶系最高层位为笔石Diplacanthograptus spiniferus带(凯迪阶下部). 而塔里木地台区的奥陶系最高层位也与之相当,但其边缘带略高一些,相当于笔石Dicellograptus complanatus带. 华北和塔里木区域性构造抬升事件都发生在凯迪早期,只是塔里木的抬升持续时间较短. 这一构造抬升与中国东南部广西运动的起始时间一致. 广西运动提出后在我国曾长期被加里东运动一名所取代,但二者在地理分布、构造性质和活动时限上均不同,建议使用“广西运动”名称,而不宜在华南、华北和塔里木再使用“加里东运动”一名.     

耀斑高能辐射延迟的一个特例

耀斑中高能辐射延迟包含两个方面的含义,一是与能量有关的硬X射线峰值延迟,二是γ射线(这里指即时γ射线谱线)峰值相对硬X射线峰值的延迟.这两类延迟具有不同的物理意义,前者反映的是不同能量的高能电子在加速或传播上的差异,而后者反映的却是高能电子与高能质子在加速或传播上的差异.一般说来,延迟时间随能量增高而增加,但也有一类情况,时延仅仅在一定能量之上才体现出来.具有高能辐射峰值时延特性的耀斑仅占耀斑总数的很少一部分.Bai等基于SMM早期的观测结果,统计研究了耀斑高能辐射延迟事件的特征,发现高能延迟事件主要发生在渐变型γ射线谱线耀斑(GRL)中,310～521 keV相对59～135 keV的延迟时间在10s左右,仅有一个耀斑延迟时间长达100s;4～8 MeV辐射相对40～80keV辐射的峰值延迟在2～60s;而在脉冲型GRL、中间型GRL,以及非GRL耀斑中,一般无时延或仅有很小的时延.     

太阳爆发的结构和机制研讨会在南京成功召开

正太阳爆发活动是指太阳大气中磁场的剧烈变化引起的各类等离子体加热、加速和辐射增强现象,主要表现形式为日冕物质抛射和太阳耀斑,前者可抛射出巨量的磁化等离子体至行星际空间;后者可在短时间内释放出大量的高能粒子与辐射.它们是导致日地空间灾害性天气事件的重要源头.太阳爆发的研究涉及到多个重要的科学问题,包括磁     

一个罕见的奥陶纪末期深水腕足动物群在浙江杭州余杭的发现

奥陶纪末赫南特期(Hirnantian)以北非为中心的大陆冰川形成, 全球海平面大幅下降, 凉浅水海域广泛分布, 底栖无脊椎动物群与前赫南特期(pre-Hirnantian)的面貌迥异. 截止目前, 所报道的赫南特期化石群基本上属于较浅水的产物, 而深水底栖生物群还鲜为人知. 最近, 笔者在浙江省杭州市余杭镇安乐村旁狮子山堰口组上部泥岩中, 发现一个以腕足动物-三叶虫占优势的底栖化石群, 将其命名为Leangella-Dalmanitina(Songxites)组合, 其时代宜确定为奥陶纪末期. 通过动物群的对比和群落生态分析, 推测该组合可能栖息于BA5的底域生态位. 本区Leangella-Dalmanitina(Songsites)组合与世界广布的Hirnantia-Dalmanitina动物群尽管生存时代相近, 但主要生态域不同, 面貌组分差别很大. 研究表明: (1) 奥陶纪末期从赣西北到浙北可能发育从浅斜坡向深斜坡过渡的海底栖息环境; (2) 深水相环境是奥陶纪末大灭绝首幕之后底栖腕足类幸存的一个关键场所.     

中国奥陶纪生物礁的类型和造礁生物群的演替

低纬度的华南、塔里木、华北三大陆表海的大部分区域在奥陶纪长期维持海水覆盖状态,在远岸区形成了大规模碳酸盐岩台地和不同时空背景下的各类生物礁.古生代动物群辐射演化背景下,重要造礁生物门类的起源和在特定海区繁盛的时差是决定礁群落基本生态结构的历史因素,早奥陶世早期的藻礁、早奥陶世晚期至中奥陶世早期的Calathium-硬海绵-藻礁、苔藓虫礁、晚奥陶世早期的珊瑚-层孔虫-藻礁可诠释为幕式群落演替,这或许是古生代演化动物群起源及早期演化并逐渐取代寒武纪演化动物群的几个阶段,特别是后者(珊瑚-层孔虫-藻礁)代表了古生代演化动物群中典型格架礁群落,奠定了之后近100Ma动物格架礁最常见的生态组合方式,呈现出礁群落结构由简单到复杂的宏演化脉络.中国的实例基本吻合于全球奥陶纪生物礁宏演化趋势,特殊之处表现为:(1)湘西张家界特马豆克早期南津关组和塔里木巴楚达瑞威尔期一间房组的Calathium-藻礁分别定位成此类生物礁的先驱和孑遗;(2)中扬子区特马豆克晚期分乡组苔藓虫礁为当时独有的类型;(3)早期的珊瑚-层孔虫-藻礁分布特别局限;(4)奥陶纪末冈瓦纳冰川初期扬子区西缘的藻礁是极端环境造礁的实例.     

东昆仑造山带昆中带的独居石电子探针化学年龄:多期构造变质事件记录

青藏高原北缘东昆仑造山带昆中带的云母片岩发育两个世代独居石. 第一世代独居石包裹在环带状石榴石变斑晶的核部, Y₂O₃含量较高, 平均为(1.012±0.088) wt%; 第二世代包裹在边部和基质矿物蓝晶石、斜长石和石英中, 并分散在基质中与云母矿物共生,Y₂O₃含量较低, 平均为(0.479±0.100) wt%. 电子探针Th-U-Pbtotal化学定年法测得第一世代两颗独居石的加权平均年龄分别为(455±18)和(420±20) Ma, 第二世代6颗独居石的加权平均年龄为(246.1±3.8) Ma. 这些年龄表明石榴石变斑晶的核和边及其相关的矿物组合记录了两期重要构造变质事件: 奥陶纪独居石的生长可能与冈瓦纳大陆晚泛非期持续的汇聚过程或原特得斯洋消亡的构造变质事件有关, 而三叠纪独居石的生长与古特提斯洋消亡的构造变质事件相联系.     

江汉盆地西缘奥陶纪头足类生物相

根据对江汉盆地西缘奥陶纪头足动物群生态特征的研究，识别出８个头足类生物相。本文作者分析了这些生物相的组成和生态环境，并进一步提出该地区在奥陶纪存在３次海平面变化旋回，且存在总的海平面上升趋势。     

磁化非均匀等离子体中的太赫兹辐射研究

通过数值模拟研究了相对论强激光入射到密度在10¹⁹ cm^-3附近的非均匀磁化等离子体中由模式转换机制产生的太赫兹(THz)辐射. 研究表明, 改变磁场的大小和方向可以改变THz辐射的强度和方向, 与先前的解析理论符合. 同时模拟研究了激光入射角度对THz辐射的影响. 产生的THz辐射功率在MW量级以上, 场强可以达到几十MV/cm, 可以用来研究THz非线性物理.     

末次盛冰期连续3 ka南京降水记录中ENSO周期

通过TIMS-U系测年和纹层计数年代学研究, 建立了18~14 kaBP南京汤山洞穴石笋纹层生长时间序列, 其中18179~14900 aBP时段年纹层生长速率提供了末次盛冰期东亚夏季风锋区年际降水变率信息. 经功率谱分析, 发现该时段存在显著的2~7年周期, 与现今季风降水记录中厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)周期相吻合, 进一步证实ENSO事件可以出现于盛冰期极端寒冷的气候边界条件. 石笋年生长速率的分段功率谱分析表明, ENSO周期的低频信号(4~7年)在18179~14900 aBP时段呈逐渐减弱的趋势, 支持ENSO事件的岁差旋回日辐射驱动模型. 然而, H1事件时ENSO周期信号的重现, 可能说明东亚冬季风的显著增强对El Niño事件具有激发作用.     

沙尘直接辐射效应对东亚地气系统的影响

基于东亚-北太平洋地区太阳高度角在春季乃至由冬季到夏季的逐日变化规律, 选取 2001 年春季发生的3 次典型沙尘暴为例, 利用包含详细气溶胶辐射参数化方案的大气辐射传 输模型, 模拟研究了该地区太阳高度角的变化对东亚-北太平洋地区沙尘直接辐射效应的可能 影响. 研究结果表明, 在沙尘暴爆发时间从春初(或冬季)到春末(或夏季)的变化过程中, 由于 该地区太阳高度角逐渐增大, 导致沙尘在大气顶晴空正辐射强迫值增加、负辐射强迫值降低 甚至转变为正强迫. 具体表现为: 在地表反照率低的海洋上空, 春初到春末太阳高度角的增 加使得沙尘在大气顶负辐射强迫的值由大变小, 即对地气系统由较强的降温转变为较弱的降 温作用; 在地表反照率较高的沙漠及其周边地区, 春初到春末太阳高度角的增加导致沙尘在 大气顶辐射强迫由负值转变为正值, 即对地气系统由辐射降温逆转为辐射增温. 云天辐射强 迫的研究结果与晴空类似, 但低云的存在相当于在一定程度上增加了地表反照率, 它一方面 使得沙漠上空沙尘层由冷却地气系统到加热地气系统这一逆转过程发生的日期提前, 也导致 了沙尘在海洋上空负的辐射强迫比晴空时随着太阳高度的增加减小得更为明显, 甚至局部地 区因为低云的存在由弱的负强迫变为弱的正强迫. 这一研究结果说明, 在东亚沙漠附近地区, 即便是同等强度的沙尘暴事件, 因为发生的日期不同, 太阳高度角不同, 沙尘层在大气顶的 辐射强迫和对地气系统的影响也会因此不同甚至相反. 沙尘暴发生的时间越靠近初春或冬季, 在沙漠附近, 沙尘在大气顶辐射强迫越倾向为负值, 对地气系统表现为降温作用, 沙尘暴发 生时间越靠近春末或夏季, 由于太阳高度角的增大, 沙尘在大气顶越容易产生正辐射强迫, 对地气系统表现为增温作用. 简而言之, 即在东亚沙漠源区附近, 沙尘直接辐射效应可能呈 现“春初(冬季)降温, 春末(夏季)增温”的特征.     

南极中山站紫外辐射的初步研究

南极春季臭氧减少,使到达地面的紫外辐射明显增加,对极区生物圈环境与全球生态系统都有重要影响.1993年起,我们在中国南极中山站(69°22′S,76°22′E)分别建立了辐射和臭氧观测系统,获得了紫外辐射和臭氧的连续观测资料.本文主要分析1993年2月～1994年12月紫外辐射和总辐射的变化特征,初步讨论南极春季臭氧减少与紫外辐射和总辐射的关系.1 观测仪器观测用的采样系统是RYJ-2全自动辐射记录仪,瞬时值分辨率为1W/m~2,时累值为0.01MJ/m~2,采样速率为1min,精度为0.6%.观测项目有紫外辐射、总辐射和反射辐射.紫外辐射和天空辐射表均系美国EPPLEY公司生产的适用于低温环境下的传感器,紫外辐射波长为290～385nm,灵敏度为160μV/W·m~(-2),仪器运往南极观测前在中国气象局计量中心进行了标定.同期进行的紫外辐射B波段(波长为285～325nm)和臭氧观测仪器在文献[1]中已作说明.2 紫外辐射的变化特征     

中国三大块体晚奥陶世凯迪早期区域构造事件

基于地层学和古生物学的研究,论及奥陶纪中国华南、华北和塔里木3个块体中发生的构造事件.华北和塔里木地台区内及其边缘带在晚奥陶世凯迪期有一次区域性的抬升事件,表现为这些地区的奥陶系与其上覆的晚古生代地层间的假整合接触.陕西陇县和耀县的笔石和牙形刺新资料表明,那里的奥陶系最高层位为笔石Diplacanthograptus spiniferus带(凯迪阶下部).而塔里木地台区的奥陶系最高层位也与之相当,但其边缘带略高一些,相当于笔石Dicellograptus complanatus带.华北和塔里木区域性构造抬升事件都发生在凯迪早期,只是塔里木的抬升持续时间较短.这一构造抬升与中国东南部广西运动的起始时间一致.广西运动提出后在我国曾长期被加里东运动一名所取代,但二者在地理分布、构造性质和活动时限上均不同,建议使用"广西运动"名称,而不宜在华南、华北和塔里木再使用"加里东运动"一名.     

华北二叠纪末集群绝灭前的裸子植物及其生存对策

二叠纪末集群绝灭(terminal Permian mass extinction)是显生宙最大规模的生物绝灭事件,一般认为这次事件是渐进的(gradual),持续了数百万年,表现复杂,具有多重性质,在这次事件中,陆地生态系统濒临崩溃;植被显示严峻的退化演替(regressive succes-sion)趋势;树木凋零,菌毒麇集成灾,导致全球性“缺煤事件”,那些在石炭纪时期十分繁盛的植物,大部分绝灭了,唯有裸子植物例外,它们进入二叠纪以后,迅速辐射扩散并完成了古一中植代过渡,成为植物群的主要成分,不过在这次事件的打击下,也只有少数续存于中生代.据Cleal统计全球二叠纪20个裸子植物科级分类中,仅2～3科穿过了二叠三叠纪(以下简称P-Tr)界线,也正是这些幸存者的后裔成为中生代植物群的主体.     

耐辐射奇球菌RadA蛋白参与DNA损伤修复过程

RadA是一个高度保守的蛋白. 在古细菌中, RadA蛋白具有RecA类似的功能并在同源重组过程中起关键作用. 在大肠杆菌中, RadA蛋白也参与了同源重组和DNA损伤修复过程, 但远没有在古细菌中的功能那么重要. PSI-BLAST结果表明, 与古细菌以及真核细胞中RadA蛋白相比, 耐辐射奇球菌RadA蛋白和细菌中的RadA的相似性更高. 研究发现, 耐辐射奇球菌radA基因的突变增加了耐辐射奇球菌对γ射线和紫外线照射的敏感性, 但对过氧化氢氧化胁迫的抗性没有影响. 耐辐射奇球菌和大肠杆菌radA基因均能完全补偿突变体对γ射线和紫外线辐照的抗性. 进一步的结构域功能分析表明, 与radA突变体的抗性相比, 锌指结构域的缺失导致耐辐射奇球菌对γ射线和紫外线辐照更加敏感; 仅仅缺失Lon蛋白酶结构域的耐辐射奇球菌表现为比radA突变体略微更抗γ射线和紫外线辐照处理. 这些实验结果表明, 耐辐射奇球菌RadA蛋白的确参与了DNA损伤修复过程, 而且不同的结构域具有不同的功能.