生命的起点

一、地球生命来自何处?关于地球生命的来源,主要有三种说法.其一是神创说.此说只在中外的神话故事里仍有地位,对科学研究来说毫无意义.其二是天降说.按此说,地球生命是天外来客.本世纪初,建立电离理论学说的阿伦尼乌斯(Arrheni-us)提出的宇宙胚种论(panspermia)最为出名.后来又有不少人,如荣获诺贝尔奖金的克里克与奥格尔(Orgel)(1973)、横尾与大岛(1979)、豪勒(Hoyle)与威克拉玛兴赫(Wickramasinghe)(1978、1979、1981)等前后提出各种假说.天降说对研究地球生命来自何处的问题,不失为一家之言.但对一般地研究生命起源(不限于地球生命)的问题,天降说等于未作     

温暖化与温室效应之争

据日本气象厅1979年4月发表的“异常气象报告”的解说,80年代世界不断出现异常高温的主要原因是这一时期恰遇自然因素的高温期,但也包含有温室效应气体增加的影响.温室效应对80年代的气温上升有多大程度的作用,各研究者发表了各自的见解。美国哈佛大学在本年6月中旬,展开了“解释地球温暖化”的研讨会,得出如下三种见解。1.HANSEN说(温室效应和气侯变化有密切的因果关系);2.KARL说(从观测的资料看,只是有限度的关连);3.PRINN说(取两说的中间,是温室效应最合理的假说).HANSEN是著名的温室效应论者,他的主张有三个依据,(1)现在的气侯,以99%的概率正在温暖化;(2)温暖化以很高的概率与温室效应相关连;(3)90年代初期干旱的频度增大。     

定向共晶复合生长的相形态控制

通过对共晶两相(或几相)实现定向分布,可以制备出具有多种功能或特殊机械性能的复合材料.它们已在磁学、光学,乃至航空航天领域起着重要作用,并将发挥其巨大的潜力.绝大多数共晶材料的复合方式是一相(称第二相)分布在另一相的基体中.材料的性能在很大程度上取决于第二相形态,能否在材料的制备过程中实现第二相的形态控制是人们极感兴趣的问题.实验证明,这在一定程度上是可行的.     

地球的构造发展及中国区域大地构造划分

地球的构造包括地球的内部圈层构造与地壳的构造,是地球长期发展而成的必然结果.地球内部的圈层构造,当前只能依靠地球物理方法测得的信息加以合理的解释.例如,利用地震波在地球内传播上的变化,了解到地球内部有几个不连续面,其中最大的两个:莫霍面与古藤堡面,把地球内部分为地壳,地幔与地核. 但是,根据地震波速的变化,判断地球内部的物质成分的结论,是值得商榷的,因为地球内部高温高压下物质的物理性质,与地表情况下物质的物理性质,显然有很大的不同.从当代微观到客观自然科学的研究,地球内部的变化,可能不是物质的变化,而是物态的变化.     

GPS,OBP和GRACE估计地球动力学扁率变化及其地球物理激发

行星地球是一个旋转的扁椭球体,其动力学扁率(即J2)变化主要由地球系统物质流动和各圈层相互作用引起.目前国际上地球动力学扁率测定主要用卫星激光测距(SLR)资料得到,然而SLR地面观测台站少,南北半球分布不均,且不是连续观测,以及受动力学模型和常数等影响.尽管新一代重力卫星(GRACE)观测大大提高了地球重力场球谐系数低阶项一两个数量级,但对二阶项C20不敏感.本文利用全球连续GPS观测得到的地表负荷位移估计地球动力学扁率J2,并联合GPS与海底气压(OBP)以及OBP和GRACE资料分别估计地球动力学扁率J2,比较和分析地球动力学扁率多尺度变化特征及其机理.结果发现GPS单独估计结果振幅偏小,GPS+OBP,GPS+OBP+GRACE和GRACE估计J2周年变化与SLR结果非常接近.而J2半周年变化,GRACE估计相对较差,主要由于GRACE资料处理没有很好扣除约161天的S2潮汐影响.另外,GPS+OBP和GPS+OBP+GRACE估计J2季节内和年季变化与SLR结果较一致,而GRACE和GPS单独估计结果与SLR结果偏差较大.并进一步利用地球物理模型资料研究对J2变化的贡献,结果表明,地球动力学扁率J2季节性、季节内和年季变化主要由大气、海洋和陆地水地表流体质量重新分布和迁移激发.     

水循环的地质演变:研究现状与关键问题

由大陆-海洋-大气之间水的3种相态(固态-液态-气态)相互转换和位移构成的水循环,是地球气候系统的主要过程之一.太阳辐射量在地球表面分布不均匀,是地表水循环的基本驱动力.水循环与碳循环密切关联,是气候系统演变中的两条主线.不同时空尺度的水循环和碳循环受天文、地质和生物因素以及它们之间相互作用的控制,揭示水循环地质演变过程及其与气候变化之间的关系,可为了解当今水文气候变化提供宝贵启示.通过水循环地质演变研究现状回顾,提出如下5个科学问题应在未来予以重点关注:(1)雪球地球时期的水循环;(2)植被起源和演化对水循环的影响;(3)深时热带辐合带(inter-tropical convergence zone, ITCZ)的演变与水循环;(4)暖室期地下水与海平面变化;(5)深时水循环中的氧同位素示踪.同时建议我国未来亟须加强的4个研究方向:(1)深时冰室期向暖室期转变中的水循环;(2)深时水循环与生态系统演变;(3)深时水循环研究方法的发展;(4)深时水循环与长周期地球系统演变的数值模型.     

地球物理学界的代沟

一位卓越地球物理学家与其睿智的学生在地球深部行为这样一个地球物理学中心问题上存在长这几十年的纠缠争论。根据简历,现年57岁的唐·安德森(Don L.An-derson)和41岁的托马斯·乔丹(Thomas H.Jordan)这样两位地球物理学家简直就像同一个人。他们都在卡尔特克(Calteoh)取得高级学位,18年前的乔丹还是安德森的学生,且在同行中具有不相上下的威望。     

第19届国际地球电磁感应学术讨论会在北京成功举行

2008年10月23~29日,第19届国际地球电磁感应学术讨论会(19th International Workshop on Electromagnetic Induction in the Earth,即19EMIW)在北京成功举行.它是IUGG和IAGA所属的电磁委员会(I-2工作委员会)主办的地球电磁感应研究和应用领域最高层次的专业性学术会议,自1972年始每两年一届,在不同的国家或地区举行.本届会议实现了我国几代科学家在中国举办的夙愿.会议组委会由来自中国地震局、中国地球物理学会、     

重力对血流的作用及其后果的探讨

生物是在地球引力的持续作用下进化的。尽管地球引力在地表上各处大致相同,即等于一个重力加速度单位(以下简称G),但生物体所处的重力环境却千变万化。从空间上看,各种动物及其体内各部位由于其重量、形态和所处的环境(例如水生和陆生)不同,其所受的重力作用情况就各不相同;从时间上看,处于不同进化阶段或不同发育时期,所受重力作用情况也大有差别。但无论怎样,动物对地球引力的适应都很协调。若不协调,则应能看到重力淘汰它们时的状况。重力对生物体的直接和间接作用都是无穷多样的,这里仅以人体为例,分析重力直接对血流作用情况,并由此作一些生物学推论和思考。     

液态三元Ni-Cu-Pb偏晶合金相分离的相场模拟

采用亚规则溶液模型对液态三元(Ni_xCu_100-x)₅₀Pb₅₀偏晶合金相分离的演化过程进行了相场计算. 结果表明, 如果不考虑表面偏析势作用, 随液体流动性增强, 相分离后组织形态由弥散向双连续组织转变. 引入表面偏析势后发现(Pb)相优先占据表层, (Ni,Cu)相依附其形核并生长. 随相分离时间延长, (Pb)相在表层粗化和生长, 偏析层厚度逐渐增加. 同时, (Ni,Cu)相向中心迁移和聚集, 合金熔体形成两层壳核组织. 对液体浓度场计算发现, 表面浓度起伏比体相大, 并以波的形式向内部传播, 最终表面(Pb)相和内部(Ni,Cu)相的成分保持稳定. 此外, 对液体的流场计算发现, 在相分离初期界面附近流场较强, 后期显著减弱. 表面偏析是影响合金熔体表面层形成、浓度分布、流场分布和液体宏观相分离的重要因素.     

中国东部裂谷系地幔脱气的氦同位素证据

大气中发现的放射性成因(~40)Ar和(~4)He被认为是地球内部放射性元素(如铀、钍等)自然衰变的产物经地球脱气进入大气圈的.稀有气体同位素组成及其相对比值是地球脱气理论和地幔地球化学演化很重要的地球化学指标,据此提出了地球脱气的连续性模式和突变性模式.地球脱气在时间上有突变性,在地理位置或大地构造位置上具不均匀性.大陆裂谷、大洋中脊、火山岛孤是地球脱气通量最大的地带.地球裂谷带不仅有大量挥发分从地球深部向外逃逸,而且有大量地球深部岩浆和热向上逸出.本文根据三十多个氦同位素数据和其他地球化学、地质学资料来讨论中国东部大陆裂谷地幔的脱气.     

地球起源的假说

引言地球有无起源的问题,按照自然界的辩证发展规律,答案显然是肯定的,不过还可举出具体的论据。天文观测表明,字宙间的星体并不都处于相同的生命阶段,有新生的,也有衰老的。地球本体上,也正在进行着许多不可逆的过程,例如潮汐的摩擦作用,岩石中放射性物质的蜕变生热等,在短期间看来,影响不大,但若倒推几十亿年,这些影响的积累,便足以说明某个时期以前的地球,不可能和现在的一样。永恒不变的地球是不可能的!因此,它的起源不是一个无可讨论的问题。地球的起源,和人类的起源、生命的起源一样,是一个时常引人深思,但现在尚未完     

板块构造启动的时间和机制:理论和经验探索

板块构造是指位于对流地幔圈层之上的岩石圈的水平运动,主要由岩石圈在俯冲带的下沉作用所致.板块构造是一个典型的、非平衡复杂体系的自组系统(selforganizing,far from equilibrium complex system,SOFFECS),其驱动力主要来自热边界层(岩石圈)的反向浮力,同时又受控于变形岩石圈与下覆粘性软流圈地幔的耗散作用.在太阳系内侧5个硅酸质行星中,板块构造仅发育于地球,这表明板块构造是硅酸质行星不太常见的一种热散逸方式.目前还不清楚这种构造活动和热散逸方式在地球上是从何时开始的.所有的硅酸质行星在形成初期可能都经历过一次短暂的岩浆海阶段.行星固结后,静止盖层模式是行星冷却的共同途径,即行星表面形成了一个不易活动的固化盖层,此时内部的热量只能通过拆沉作用、热点火山作用和岩浆浅部侵位等方式进行逃逸.由于地球早期温度较高,通过减压熔融形成的岩石圈结构不同于现代岩石圈,即地球早期岩石圈由厚的洋壳和薄的岩石圈地幔构成.这种岩石圈要产生反向浮力需要非常长的时间,因此地球早期即便有板块构造存在,其规模也比较零星.只有当地球冷却到一定程度,扩张中脊下部减压熔融形成薄的洋壳且大洋岩石圈只需几十个百万年就可以产生反向浮力时,才能形成与现今风格相似的、可持续性的板块构造.板块构造启动时间的认识最终取决于人们对相关地质记录(事件)的研究成果.板块构造的判别依据包括蛇绿岩、蓝片岩、超高压变质带、榴辉岩、被动大陆边缘、转换断层、指示克拉通陆块移动轨迹的古地磁研究以及岩浆岩地球化学和同位素构造判别等等.对地质记录的解释必须综合各方面的信息.本人认为现存的地质事件记录了地球构造随时间演化的过程,即太古代时期构造和岩浆活动剧烈,大约在1.9 Ga时开始出现近似的板块构造,在新元古代才开始出现与现代相似的、可持续的、具有深俯冲和板片拖曳特性的板块构造.     

高含水期水驱特征曲线上翘机理及其影响因素

水驱特征曲线对预测水驱油藏可采储量及开发动态具有重要作用,其理论推导的基础是油水相对渗透率比值(K_(ro)/K_(rw))与含水饱和度(S_w)在半对数坐标下呈线性关系.然而大量矿场实践及岩心实验研究显示,油田开发进入高含水期后, K_(ro)/K_(rw)与S_w在半对数坐标下偏离直线关系,导致水驱特征曲线出现上翘现象而无法准确预测开发动态.为摸清水驱特征曲线上翘的本质原因,本研究基于Navier-Stokes方程模拟油水两相在微观多孔介质中的驱替过程,采用相场方法实时描述油水两相界面变化.通过微观油水两相数值模拟研究了壁面润湿性、油水黏度比等因素对油水在高含水阶段流动状态的影响,并分析了这些因素对K_(ro)/K_(rw)与S_w在半对数坐标下偏离直线关系时临界含水率的影响.研究结果表明,高含水期剩余油由连续相转变为非连续相,油相流动能力快速下降是水驱特征曲线出现上翘的内在原因;临界含水率在不同润湿性多孔介质内存在差异,渗吸作用导致水湿多孔介质中的临界含水率高于油湿多孔介质;高油水黏度比条件下的黏性指进现象会强化注入水的无效驱替,使水驱特征曲线在相对较低含水率时偏离直线.该研究初步揭示了油藏润湿性及油水黏度比对水驱特征曲线上翘拐点的影响,为高含水油藏开发提供有效指导.     

二叠纪末陆生生物大灭绝的新证据

<正>在距今2.52亿年前的二叠纪末地球上发生了地质历史时期最大的生物灭绝事件,在短短的6万年左右的时间里,地球上超过90%的海洋生物灭绝,以往数据和有关原因的解释大多基于海相剖面的研究,而对于陆地生态系统的表现型式以及海、陆生物大灭绝是否同步的研究相对较少,而且观点不一.我国西南川、黔、滇地区的康滇古陆,在古陆的东侧发育了从陆相到海陆过渡相到海相的连续沉积,为对比研     

利用VLBI-CONT08观测量确定夏季ERP较强周日变化的研究

甚长基线干涉测量技术(VLBI)是监测地球自转变化的主要手段之一. 1994年以来, 国际上已实施了多次VLBI连续加密观测(CONT), 促进了地球自转参数(ERP)的周日或亚周日成分的连续高频解算, 揭示了观测得到的ERP高频变化与理论模型之间的差异, 有助于进一步解析其激发机制, 改进模型. 为了观测较强信号的大气激发对高时间分辨率ERP的作用, 在最近一次于2008年8月实施的CONT08连续加密观测中, 国际VLBI服务机构(IVS)在CONT联测中安排了地理覆盖更广的VLBI测站分布, 获取连续的周日亚周日高频ERP. 本文分析比较了CONT02, CONT05和CONT08的观测结果, 发现CONT08给出的ERP频谱中存在较强的周日项信号. 该信号得到了相同观测时段的GPS观测数据的证实, 并符合大气角动量的预期, 可以初步认为是北半球夏季较强的大气激发导致了上述ERP周日高频项幅度的增强.     

岩溶作用对环境变化的敏感性及其记录

自70年代以来逐步发展起来的现代岩溶学具有以下两个特点:一是引入了地球系统科学;二是从全球的角度研究岩溶.国际地质对比计划299项目“地质、气候、水文和岩溶形成”(1990～1994年)被认为是这一趋势的里程碑.通过现场测试,已清楚地认识到了碳循环与岩溶形成之间的相关关系.作为地球上最大碳贮库的全球碳酸盐岩,其总含碳量为10~(16)t.它们曾被认为只在地质历史时期是活跃的,而在人类时间尺度上并不重要,但已有的发现清楚     

冲击玻璃和玻璃质岩石的红外光谱研究

核爆炸和撞击坑靶岩,及冲击试验产物等的熔体凝聚物称为冲击玻璃.它是外成冲击变质过程中的一种非晶态固体.从液相或直接从固相转变到固态玻璃,所历经的时间大致在10~(-7)-10~(-3)s范围内,比正常玻璃约低6-7个数量级.广布在地球表层的(微)玻璃陨石,它是地球表面撞击事件的产物.故玻璃陨石也属于冲击玻璃.自然界还存在一种非晶态聚集体,那就是来自地球深部岩浆上升接近地表或火山爆发时的骤冷相——玻璃质岩石如黑曜岩、松     

核合成的氙同位素记录及早期太阳系

本文采用逐步加热法测定了阿伦德(C3V)碳质球粒陨石中两个硫化铁单矿物样品的氙同位素丰度,其中一个样品中利用~(130)Te(n,γ,2β~-)~(131r)Xe核反应形成了一定量的示踪氙同位素以监测样品气体的释放.硫化铁在950℃熔化时,释放出大量的地球型氙Xe-T。示踪同位素~(131r)Xe与地球型氙Xe-T同时在这一温度释放,这证实了阿伦德碳质球粒陨石形成时摄取的氙确是地球型氙。地球型氙还出现于地球与火星的大气中、太阳上以及各类陨石的硫化物相中。这些结果意味着地球型氙处于原行星星云的中心富硫铁区域,它们向太阳系形成的主流假说提出了挑战。行星系统形成于不均一的超新星碎片的模式可以解释:(1)大尺度元素和同位素不均一性及短半衰期放射性同位素的衰变子体(如~(26)Al,~(107)Pd及~(129)I);(2)陨石中另外几个元素的镜像(+和-)同位素异常;(3)目前已经证实的另一个行星系统——围绕脉冲星PSR1257+12沿轨道运行的3颗行星。     

绝版议案

自希腊古典时期雅典的辩士学派(鼎盛于公元前5世纪末的一群职业教师)提出化圆为方、三等分角和倍立方这三大尺规作图难题以来,我们所生活的这个地球上就一直有人过不上平静的日子.