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IODP研究

大洋钻探是国际科学合作的一面旗帜,从1968年至今经历半世纪而盛况不衰,始终保持着在深海研究、乃至整个地球科学中的引领地位。这种地位的基础是科学、技术的先进性,而保证这种先进性的关键,在于汇集全球学术界的智慧,及时制定大洋钻探的长期科学计划。从1968年以来,国际大洋钻探50年经历了深海钻探(DSDP, 1968—1983年)、大洋钻探(ODP, 1985—2003年)、综合大洋钻探计划(IODP,2003—2013年)和国际大洋发现计划(IODP,2013—2023年)等四大阶段。除了早期的DSDP外,每个阶段都提前由国际学术界共同制订科学计划,确定其主要科学目标,用做对于各国航次建议的评价标准。大洋钻探是国际合作的大型科学平台,只有依靠世界各国提供的顶尖技术,去执行最前沿的科学探索,才有可能赢得各国政府的共同支持。因此,制定既能引领学科前沿、又切实可行的科学计划,是半个世纪来大洋钻探取得成功的保证。


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1. 未雨绸缪——迎接大洋钻探学术新计划的制定
汪品先
地球科学进展    2017, 32 (12): 1229-1235.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2017.12.1229
摘要878)   HTML11)    PDF (1267KB)(514)    收藏

在国际大洋钻探的2017年论坛会上,中国方面提出讨论“IODP beyond 2023”的建议,由中国牵头共同讨论2023年以后大洋钻探新阶段的科学计划,得到会议的支持。为此,通过对几十年来国际大洋钻探科学计划的制定进行回顾,分析了近年来国际学术界对大洋钻探未来任务和学术前景的看法,进而对我国如何筹备“IODP beyond 2023”的国际研讨提出了建议。 半个世纪以来,大洋钻探始终是国际地球科学的火车头和深海探索的航母,我国牵头研讨其新阶段的科学计划,将促进我国地球科学的转型;至于此举能否取得成功,将取决于广大地球科学界的积极参与及其创造性思维的发挥。

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2. 极地地质钻探研究进展与展望
王汝建, 肖文申, 章陶亮, 聂森艳
地球科学进展    2017, 32 (12): 1236-1244.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2017.12.1236
摘要1000)   HTML3)    PDF (4837KB)(578)    收藏

南北极在全球海平面变化和碳循环中扮演着关键角色,并蕴藏着地球如何从新生代初期的温室转向现代冰室演变过程的关键信息,因而成为地球科学研究的热点地区。极地地质钻探计划(如DSDP/ODP/IODP/ICDP)研究所取得的成就令人瞩目,刷新了人类对过去全球变化的认识,成为探究地球气候系统演化的一个窗口。通过这些钻探计划,发现了新生代以来气候变冷,南北极冰盖几乎同时形成;揭示了南极冰盖形成和陆地风化的加剧,导致南极中深层水和底层水的生产加速并向北推进,造成全球大洋环流的重大变化;南大洋对大气CO2的调控作用、全球大洋深部循环、营养盐的分布和海洋生产力等多方面在不同时间尺度上都发挥着重要作用;检验了南北极冰盖形成和消融与海平面变化的关系,为人类预测未来海平面变化提供了历史依据。未来的南北极国际大洋发现(IODP)计划将继续关注于极地冰盖的演变历史、南大洋古海洋学演变历史,追踪北极海—陆环境的联系及其对全球气候的影响。这些结果将对未来全球气候预测提供重要的参考和边界条件。

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3. 洋壳的基本问题与人类的莫霍钻梦想
周怀阳
地球科学进展    2017, 32 (12): 1245-1252.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2017.12.1245
摘要1051)   HTML4)    PDF (6786KB)(535)    收藏

一般认为,地球物理上的莫霍面是地幔和地壳的分界面。被海水覆盖的洋壳通常只有6~7 km厚,相对于较厚的陆壳来说,洋壳不仅年轻得多,也活跃得多。然而,洋壳的地质结构以及莫霍面的地质意义到底是什么,至今仍是固体地球科学领域最大的悬疑之一。现有的结果表明,依据分布在大陆边缘的蛇绿岩套确定的Penrose模型基本不适用于慢速和超慢速扩张洋中脊的实际洋壳结构,对快速扩张洋中脊的适用性也有一定的疑问。解答洋壳结构及其莫霍面地质意义最有效的手段仍是大洋钻探。20世纪60年代初,试图挺进莫霍面的“莫霍钻”计划揭开了地球科学最伟大的大洋钻探计划的序幕。新世纪以来,随着各种研讨和计划的切实开展,人类真正实现莫霍钻梦想的日子似乎正在来临。

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4. 全球俯冲带大洋钻探进展与启示
林间, 徐敏, 周志远, 王月
地球科学进展    2017, 32 (12): 1253-1266.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2017.12.1253
摘要1904)   HTML6)    PDF (40688KB)(549)    收藏

俯冲带是地球最重要的板块边界之一,对研究地球内部的物质与化学成分循环、岛弧与陆壳的形成以及地震与海啸机制至关重要。大洋钻探对于研究俯冲带过程具有不可替代的作用。回顾了全球俯冲带过程的大洋钻探研究,简述近年来取得的重要进展、科学目标以及对我国大洋钻探发展规划的启示。

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5. 解读过去、预告未来:IODP气候与海洋变化钻探研究进展与展望
翦知湣, 党皓文
地球科学进展    2017, 32 (12): 1267-1276.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2017.12.1267
摘要1106)   HTML6)    PDF (3835KB)(742)    收藏

2013年启动的国际大洋发现计划(IODP)针对当前大气温室气体浓度急剧升高和全球变暖的气候变化现状,提出全球气候对CO2增高的响应、冰盖和海平面对全球变暖的响应、中—低纬水文循环的变化机制以及海洋碳化学体系的缓冲能力等4个科学挑战。截至2017年8月已经完成的8个IODP气候变化主题航次聚焦于亚洲—太平洋—印度洋区域的季风过程和西太平洋暖池的新生代演变,着重探索轨道—千年尺度上亚洲季风系统的变化特征和主导机制,以及构造时间尺度上亚洲季风与青藏高原隆升和剥蚀的动力联系。未来2年IODP将瞄准南半球高纬的冰盖、海冰、洋流和碳循环等气候因子,重点考察新生代西南极冰盖和海冰变化、白垩纪和古近纪南大洋的海洋环流和碳循环等。因此,IODP旨在深入探索以亚洲季风和西太平洋暖池为代表的热带海洋气候过程和以西南极冰盖为代表的高纬气候因子在多种时间尺度上的演变,为认识当前气候变化、预测未来气候趋势提供自然变化的科学依据。中国的优势在于全球季风概念和热带驱动假说方面的研究,特别是巽他陆架的气候效应。

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6. 海底CORK观测30年:发展、应用与展望
方家松, 李江燕, 张利
地球科学进展    2017, 32 (12): 1297-1306.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2017.12.1297
摘要1205)   HTML4)    PDF (8652KB)(384)    收藏

过去50年深海钻探计划(DSDP)、大洋钻探计划(ODP)及综合大洋钻探计划(IODP)等国际间综合深海钻探计划的实施,使我们对地球和海洋的认识取得了显著进步。海底井控观测装置(CORK)的研发和应用是上述深海钻探计划带给我们的最宝贵财富之一。目前地球科学和海洋科学已由过去的间断性观测模式升级为现在的连续性原位观测模式,海底CORK观测系统为地球科学、海洋科学与生命科学领域的科学家对海底洋壳复杂而又相互关联的深部过程进行数秒至数十年时间尺度的研究提供了新手段和新机遇。通过对海底CORK观测系统的发展演变、在ODP和IODP航次中的使用以及在此过程中获得的科学经验和教训进行总结,对CORK系统如何应用于我国洋壳地质学、水文学、微生物学及生物地球化学过程研究提出看法。

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7. 海洋沉积物陆源碎屑粒度分析预处理方法研究
赵绍华, 刘志飞
地球科学进展    2017, 32 (7): 769-780.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2017.07.0769
摘要620)   HTML4)    PDF (6059KB)(402)    收藏

如何有效去除海洋沉积物中的非陆源物质,同时又能完好保存陆源碎屑,是获得陆源碎屑粒度变化信息的先决条件。利用南海MD190航次的深海岩芯沉积物样品,进行了不同预处理条件下的生源物质去除效果和陆源碎屑粒度分析结果的对比研究。结合显微镜和扫描电镜观察,获得了海洋沉积物陆源碎屑粒度分析预处理方法的新认识。结果显示,对于海洋沉积物中的有机质、碳酸盐和生物硅3种生源组分,依次使用浓度为30%的H2O2水浴60 ℃震荡3 h,0.5%的HCl充分反应1 h,2 mol/L的Na2CO3水浴85 ℃震荡5 h,可以有效去除,并能兼顾去除效率以及相对完好地保存陆源碎屑。研究认为,针对不同类型的沉积物样品进行陆源碎屑粒度分析时,应考虑生源碎屑对粒度结果的实际影响,从而选择合适的预处理方案。即在确保陆源碎屑的粒度分析结果更接近真实分布的情况下,沉积物样品的预处理步骤越少越好,并非一定要去除所有的生源成分。如当生物硅含量低于2%时,其对陆源碎屑粒度分析结果的影响很小,可不用去除。另外,超声可导致部分陆源碎屑的破碎,在粒度分析预处理过程中全程不宜使用。

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8. 热带海洋生产力:现代过程与地质记录
张洪瑞, 刘传联, 梁丹
地球科学进展    2016, 31 (3): 277-285.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2016.03.0277.
摘要507)   HTML2)    PDF (4946KB)(416)    收藏

首先综述了现代热带海洋生产力的分类与影响因素,然后讨论了古生产力替代性指标的分类与各类方法的优点与局限性。在此基础上,通过收集整理前人使用不同替代性指标对热带海洋古生产力重建的结果,讨论了热带海洋古生产力记录的特征、周期性与驱动机制。发现从末次冰期到全新世热带海洋古生产力在冰期时明显偏高,但冰期生产力高间冰期生产力低的规律并不一直适用,MIS 22前后西太平洋初级生产力在冰期—间冰期的变化发生反转。热带海洋古生产力的周期性也与高纬海区显著不同,岁差和斜率的信号更为显著。还存在约30 ka等不同轨道周期叠加之后形成的周期。颗石藻计算的海洋生产力可能存在约400 ka周期,这对全球碳同位素的影响有待深入研究。

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9. 晚更新世以来奄美三角盆地黏土矿物的来源及其对古气候的指示
刘华华, 蒋富清, 周烨, 李安春
地球科学进展    2016, 31 (3): 286-297.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2016.03.0286.
摘要769)   HTML2)    PDF (9782KB)(282)    收藏

对“国际大洋发现计划”(IODP)351航次U1438A孔晚更新世以来沉积物中黏土矿物的组成、含量及矿物学特征进行了分析。结果表明,U1438A孔中黏土矿物以伊利石为主,平均含量为57%;其次是蒙皂石,平均含量为26%;绿泥石的平均含量为14%;高岭石的含量最少,平均仅为3%。伊利石的结晶度较好(<0.4°Δ2θ),而且化学指数较低(<0.43),表明伊利石主要形成于干冷的气候环境。通过将U1438A孔黏土矿物组合特征与周边可能源区对比,并结合黏土矿物的结晶参数特征,认为蒙皂石主要来源于奄美三角盆地周边岛弧火山物质;伊利石、绿泥石和高岭石主要来自于亚洲大陆风尘。(伊利石+绿泥石)/蒙皂石比值阶段性增加与亚洲大陆晚更新世以来变干冷的趋势是一致的。(伊利石+绿泥石)/蒙皂石和(伊利石+绿泥石)/高岭石比值在冰期的高值,指示了冰期亚洲风尘物质输入的增加,这是对亚洲大陆冰期干旱化和东亚季风增强的响应。

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10. 奄美三角盆地晚更新世以来碎屑沉积物粒度特征及其物源和古气候意义
周烨, 蒋富清, 南青云, 刘华华, 李安春
地球科学进展    2016, 31 (3): 298-309.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2016.03.0298.
摘要671)   HTML1)    PDF (9052KB)(264)    收藏

对菲律宾海西北部奄美三角盆地U1438A孔约350 ka以来沉积物中碎屑组分的粒度组成进行了分析,结果表明,沉积物中碎屑组分的平均粒径为13.1 μm,粒径变化范围为0.04~160 μm,粒度频率分布呈四峰正偏态分布。利用Weibull分布函数将沉积物碎屑组分的粒度组成分离出4个相对独立的组分。其中超细组分众数约0.3 μm,粒度分布范围为0.04~0.9 μm,可能是海洋自生黏土。细粒端元众数粒径约3.5 μm,粒度分布范围为0.2~32 μm,比北太平洋中部风尘略粗,推测主要为来源于亚洲大陆的风尘。粗粒端元众数粒径约10 μm,粒度分布范围为0.3~90 μm;超粗粒端元众数粒径约40 μm,粒度分布范围为3~160 μm。粗粒组分和超粗粒组分均主要来自于周围海脊和岛弧的火山物质。细粒和粗粒敏感粒级组分的比值(1.3~2.2 μm/28~40 μm)与细粒风尘组分和粗粒火山组分的比值(0.9~3 μm/>10 μm)类似,表现为冰期高、间冰期低,与北太平洋风尘通量、亚洲大陆黄土堆积速率,以及黄土粒径所指示的冰期干旱和东亚季风/西风环流增强的气候变化是一致的,表明冰期由于亚洲大陆的干旱和季风/西风的增强,使得奄美三角盆地中细粒亚洲风尘组分的输入相对增加。因此细粒风尘和粗粒火山物质的比值可以作为亚洲大陆干旱化和大气环流增强的示踪指标。这些研究结果表明奄美三角盆地沉积物的粒度组成可用于重建东亚大陆干旱和大气环流演化历史。

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11. 利用有孔虫氧同位素重建古海平面变化的研究进展
李悦, 王汝建, 李文宝
地球科学进展    2016, 31 (3): 310-319.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2016.03.0310.
摘要561)   HTML0)    PDF (3025KB)(628)    收藏

海平面变化重建结果是一个重要的气候变化指标,可以被用来与其他气候指示要素以及基于计算机模型的重建结果进行比较,从而可以更好地理解海平面变化以及与其气候系统其他要素之间的关系。从深海沉积物中的钙质有孔虫得到的氧同位素记录包含着全球大陆冰量的变化过程,因此可以用来重建地质历史时期海平面演化的历史。尽管诸多研究者利用海洋沉积物中有孔虫氧同位素比值作为基础数据重建了长时间尺度上连续的海平面变化记录,但是,在未来的海平面重建过程中,还需要与其他学科领域结合,并对海平面重建结果和其他气候指标进行对比和相互验证,才能获得可靠的海平面变化记录。

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12. 完整极性脂质化合物对海洋微生物活动的指示及应用局限性
宋敏, 杨群慧, 王华, 季福武, 王虎, 潘安阳, 周怀阳
地球科学进展    2015, 30 (10): 1162-1171.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2015.10.1162
摘要559)   HTML0)    PDF (1097KB)(638)    收藏

回顾了近10年来完整极性脂质化合物(IPLs)在海洋微生物研究中的应用及存在的问题,并展望了IPLs应用的发展前景。作为新的热点之一,对海洋水体悬浮颗粒物中IPLs的研究,不仅推进了人们对水柱中IPLs分布和转化的了解,同时也深化了对古环境指标TEX86适用性的认识,有助于更好地开展古环境重建研究。色谱和质谱技术的发展,新型化合物的发现以及IPLs单体碳同位素分析的应用,使得IPLs在示踪海洋环境中真核生物与微生物共生作用、微生物介导的好氧和厌氧氨氧化以及甲烷厌氧氧化作用、微生物的代谢状态等方面也取得了重要研究进展。需要注意的是,由于不同的IPLs降解速率并不一致,其中部分古菌糖脂的降解周期可能远大于微生物群落的更新周期,因此可能并不适于表征活体生物量;同时,环境中氧气含量及有机质浓度也会对IPLs的降解速率造成影响;另外,在微生物不同的生长阶段,或者微生物由于生长环境条件变化产生生理响应时,IPLs组成也可能会发生变化。因此,应用IPLs指示微生物活动和反演古环境时应注意指标的适用性。

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13. 南海深海平原柱状样QD189磁化率、非磁滞剩磁、粒度、碎屑矿物丰度之间的主要关系
张江勇, 王志敏, 廖志良, 王金莲, 李小穗
地球科学进展    2015, 30 (9): 1050-1062.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2015.09.1050
摘要645)   HTML1)    PDF (3032KB)(401)    收藏

磁学可能是南海深海平原古环境研究取得突破的关键方面之一。众多磁学参数中,磁化率是最基本、最综合反映沉积物磁性矿物总体状况的参数,非磁滞剩磁对单畴颗粒含量敏感,而且单畴颗粒是剩磁的主要携带者,结合粒度、碎屑矿物丰度等数据探索南海深海平原柱状样QD189磁化率和非磁滞剩磁地质含义。在磁化率大于45×10-5层位和481 cm以浅的磁化率小于45×10-5的层段,磁化率、2~5 ϕ粒级含量、ARM和ARM@20mT变化一致性较好,2~5 ϕ粒级软磁性多畴颗粒含量变化可能是这些层位磁化率变化的主要原因。在808~488 cm层段内,小于45×10-5的磁化率与2~5 ϕ粒级含量、ARM和ARM@20mT变化总体上一致性较差,磁化率变化机制有待进一步研究。2~5 ϕ粒级是QD189重要的较粗粒级组分,大体上以深度350 cm为界具有下层段含量较高且粒度变化大、上层段含量较低且粒度变化小的特点。ARM@20mT比ARM更加真实地表示QD189单畴颗粒含量,除了单畴颗粒外,9~12 ϕ粒级假单畴、多畴颗粒矿物对665~48 cm层段的ARM可能有一定贡献,其中,层段548~310 cm的ARM中可能还有6~9 ϕ粒级多畴颗粒的贡献。通过碎屑矿物丰度、火山玻璃丰度和(或)磁化率异常峰值的对应关系识别出6次火山活动,火山玻璃丰度的分布特点还揭示出QD189中普遍发生生物扰动作用。

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14. 颗石藻室内培养及应用研究进展
芮晓庆, 刘传联, 李志明
地球科学进展    2014, 29 (11): 1303-1313.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2014.11.1303
摘要808)   HTML0)    PDF (1188KB)(606)    收藏

介绍了颗石藻室内培养的研究进展, 重点阐述了基于室内培养颗石藻在生态学、古海洋学和石油地质学等方面的应用。颗石藻在全球海洋环境变化、碳循环及地质演变中扮演着重要角色, 这种重要性是由其独特的生物、生理特点所决定的。颗石藻培养方面介绍了藻种的分离与保存、室内培养方法、培养基的选择。应用方面, 首先介绍了颗石藻对海洋酸化的响应;其次, 颗石藻是二甲基硫丙酸(DMSP)的高产者, 释放的二甲基硫(DMS)经过一系列变化后能够对附近海域甚至全球气候产生影响;另外还介绍了基于室内培养颗石藻地球化学指标在古海洋、古气候学方面的应用;最后探讨了颗石藻热模拟实验在石油地质方面的应用。

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15. 南海ODP1144站深海沉积牵引体的岩石物理模型研究
汪鹏,钟广法
地球科学进展    2012, 27 (3): 359-366.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2012.03.0359
摘要1456)      PDF (2975KB)(918)    收藏

ODP1144站是南海唯一钻揭深海沉积牵引体的站位,其完整的岩芯和测井资料为开展该沉积牵引体的岩石物理模型研究提供了良好的基础。此项研究对于理解南海深海沉积物中岩性参数与弹性参数间的关系具有重要意义,并可为根据反射地震资料开展定量岩性参数预测提供依据。对现有的深海沉积物岩石物理模型包括Wood悬浮模型、等球体颗粒接触模型、Sun速度—孔隙度关系模型进行了综述。根据岩芯分析资料将1144站深海沉积物的矿物组分简化为粘土矿物、碳酸盐、陆源碎屑和硅质生物4类;其中后3种组分的弹性模量及密度值分别由其代表矿物——方解石、石英及蛋白石的理论值代替,粘土矿物组分的等效弹性模量和等效密度则分别由Voigt-Reuss-Hill平均和体积平均计算得出。将3种岩石物理模型应用于1144站,计算得出深海沉积物的纵波速度并将其与声波测井纵波速度进行比较。结果表明,Sun模型计算结果与实测结果的吻合最好,误差最小;Wood模型所得结果在浅层与实测结果较吻合,在深层与实测结果出现偏差,误差较小;而等球体颗粒接触模型计算结果整体偏高,误差较大。

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16. 10年来中国IODP专家委员会工作简要回顾
孙枢
地球科学进展    2014, 29 (3): 317-321.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2014.03.0317
摘要631)   HTML1)    PDF (1071KB)(789)    收藏

回顾了2003年以来中国IODP专家委员会的主要工作。10年来专家委员会开展了大量卓有成效的工作,提出了我国参加大洋钻探活动的战略和规划,组织了多种形式的学术活动,推动了我国深海科技事业蓬勃健康发展。

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17. 剥蚀型汇聚板块边缘大地震成因机理研究:来自国际综合大洋钻探344航次的报告
李永祥,鄢全树,赵西西,全体船上科学家
地球科学进展    2013, 28 (6): 728-736.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2013.06.0728
摘要820)      PDF (6412KB)(1435)    收藏

旨在探究剥蚀型汇聚板块边缘大地震成因机理的国际综合大洋钻探(IODP)344航次于2012年10月23日至12月11日在中美洲地震频发的哥斯达黎加西部海域实施钻探。介绍了钻探区域的大地构造特征、该航次的主要科学目标、执行情况、所取得的初步成果以及对航次后研究工作的展望等。航次后更多深入细致的研究工作正在进行中,所取得的研究成果将集中在2014年南京召开的航次后学术研讨会上汇报、交流、集成、总结,从而提升对剥蚀型汇聚板块边缘大地震起源机理的认识。

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18. 地球系统中生物成因硫化物矿物:类型、形成机制及其与生命起源的关系
许恒超,彭晓彤
地球科学进展    2013, 28 (2): 262-268.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2013.02.0262
摘要1254)      PDF (2687KB)(931)    收藏

作为生物矿物一种十分重要的类型,生物成因硫化物矿物形成于多种海水和淡水环境中。它们是自然界硫和金属元素循环中的关键一环,并有可能在地球早期生命起源中扮演了重要的角色。现代环境中形成的生物成因硫化物矿物与多种生命过程有着十分密切的联系,微生物和大型生物均可直接或间接地影响生物成因硫化物矿物的形成。重点从生物成因硫化物矿物类型、参与生物矿化的有机体、生物成因硫化物矿物形成机制以及硫化物矿物与生命起源的关系等几个方面综述了生物成因硫化物矿物研究的最新进展。

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19. 南塔斯曼海隆2 Ma以来碳酸钙沉积记录及其对环流系统和轨道周期的响应
胡正莹,王汝建,李文宝
地球科学进展    2013, 28 (2): 269-281.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2013.02.0269
摘要1167)      PDF (1632KB)(631)    收藏

南大洋CaCO3沉积在记录生物泵调节大气CO2的同时,也记录了南大洋表层锋面系统和深部环流格局的重要转变。通过南塔斯曼海ODP 1170站位2 Ma以来CaCO3 %和MAR-CaCO3的研究发现,CaCO3 %以冰期低和间冰期高的“大西洋”型溶解作用旋回为主,并以MIS 34/35期(约1.15 Ma BP)和MIS 14/15期(约0.55 Ma BP)为界线,表现出3种沉积模式。而MAR-CaCO3以MIS 57/58,21/22,13/14和11/12为界表现出“两高三低”5个阶段。CaCO3 %与轨道参数ETP和底栖有孔虫δ18O的交叉频谱和小波分析显示,其主导周期明显具有从40 ka向100 ka转变的中更新世气候转型(MPT)特征,转型起始与终止时间为1.15~0.55 Ma BP。CaCO3沉积模式的转变与南大洋太平洋区西风带和环南极表层锋面系统的迁移密切相关,在时间上与MPT同步。MPT时期,西风带和环南极表层锋面系统的快速南北迁移,导致CaCO3沉积受到硅质和陆源物质稀释作用的影响。而MAR-CaCO3的阶段性变化主要与南大洋深层环流的变化格局和水团化学性质的变化有关。在1.5~0.85 Ma BP期间,南大洋太平洋区深层水通风增强,利于CaCO3的保存和埋藏,MAR-CaCO3增加;在0.85~0.55 Ma BP期间,CO 32-处于不饱和状态的CDW增强,导致南大洋深部CaCO3溶解作用增强,溶跃面上升,MAR-CaCO3降低。

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20. 白令海与西北冰洋表层沉积物中四醚膜类脂物研究及其生态和环境指示意义
王寿刚,王汝建,陈建芳,陈志华,程振波,汪卫国,黄元辉
地球科学进展    2013, 28 (2): 282-295.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2013.02.0282
摘要1387)      PDF (1895KB)(691)    收藏

通过对中国第3次和第4次北极考察在白令海和西北冰洋采集的65个表层样沉积物中生物标记物四醚膜类脂物(GDGTs)的研究,发现西北冰洋表层沉积物中类异戊二烯和支链GDGTs的浓度分布大致以楚科奇海和波弗特海的陆坡为界线,呈现南高北低的特征,这一特征主要与水体生产力和陆源有机质的输入量有关。基于GDGTs的陆源输入指数BIT显示,从楚科奇海北部到高纬度区的阿尔法脊,陆源有机质的相对比例明显增加,与有机碳稳定同位素等结果一致,表明BIT可以用来指示北极陆源有机质输入量的变化。应用前人TEXL86-SST方程估算的研究区表面海水温度SST与现代年均SST和夏季平均SST的相关性较差,原因可能与陆源输入的类异戊二烯GDGTs干扰以及低的古菌生产力有关。从季节性海冰覆盖区到永久性海冰覆盖区,基于支链GDGTs的环化指数CBT明显升高,可能反映了CBT对海冰覆盖状况的响应,但其响应机制还不清楚。基于支链GDGTs的环化指数CBT和甲基化指数MBT估算的北极陆地年均大气温度和土壤pH差异较大,可能是由表层沉积物的来源复杂以及混合作用造成的。

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21. 海洋环境中甲烷厌氧氧化机理及环境效应
孙治雷,何拥军,李 军,黄 威,李 清,李季伟,王 丰
地球科学进展    DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2012.11.1262
22. 海洋酸化对颗石藻的影响
苏 翔,刘传联
地球科学进展    DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2012.11.1274
23. 利用有孔虫壳体B/Ca比值再造古海水pH值及[CO 2- 3]的潜力
乔培军,王婷婷,翦知湣
地球科学进展    2012, 27 (6): 686-693.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2012.06.0686
摘要1665)      PDF (1792KB)(1105)    收藏

有孔虫壳体B/Ca比值是一个极具潜力并且受到广泛关注的古海洋学方法,适用于恢复古海水pH值及[CO2-3]。对于表层水,在一定条件下可以再造大气CO2浓度;对于深层水,可以指示洋流变化及水团变迁。且与硼同位素方法相比较,B/Ca比值分析更简易、稳定性更好,受溶解及沉积埋藏作用影响小,因而更适合于高分辨率的古海洋学分析。但是,由于该分析方法较新,与之相关的有孔虫吸收B元素的生物过程不是很清楚,采用B/Ca比值恢复pH值及[CO2-3]的机制也不是很了解,方法的建立主要基于经验公式基础之上,因而为该方法寻找理论基础是今后研究的一个重要方向。

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24. 高分辨率FMS成像测井资料在科学大洋钻探中的应用
钟广法,游倩
地球科学进展    2012, 27 (3): 347-358.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2012.03.0347
摘要1265)      PDF (962KB)(825)    收藏

FMS地层微电阻率扫描成像测井技术诞生于1986年,1989年首次在大洋钻探中获得应用。它采用纽扣电极阵列沿井壁纵向扫描方式采集地层的电阻率信息,经过适当的数字和图像处理后转化为井壁地层的二维微电阻率图像。FMS资料具有分辨率高(理论分辨率为5 mm)、连续原位测量及定向性等特点,是科学大洋钻探中岩芯地质分析方法的重要补充,具有其他地球物理方法难以替代的作用。从岩芯归位和定向、岩性岩相识别及地层剖面重建、沉积构造和古流方向分析、地层旋回性与古气候周期分析、浊积层厚度统计分析、构造和应力场分析及洋壳研究等7个方面对FMS在科学大洋钻探中的应用现状进行综述,对目前FMS成像测井资料应用中存在的问题及发展方向进行分析,包括利用率不高、定量分析成果欠缺、研究深度和广度有待拓展等。

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25. 西北冰洋阿尔法脊晚第四纪的陆源沉积物记录及其古环境意义
刘伟男,王汝建,陈建芳,程振波,陈志华,孙烨忱
地球科学进展    2012, 27 (2): 209-216.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2012.02.0209
摘要1374)      PDF (26992KB)(654)    收藏

通过西北冰洋阿尔法脊B84A孔中—晚第四纪以来的沉积物颜色旋回,Mn、Ca元素相对含量、颜色反射率、有孔虫丰度、冰筏碎屑(IRD)含量、粒度组分及其敏感性分析的综合研究,建立了B84A孔的地层年代框架,其沉积物被划分为MIS 12~MIS 1的沉积序列。阿尔法脊B84A孔可以识别出12个IRD事件,它们大多出现在冰消期,并认为其源区为加拿大北极群岛地区。这些IRD事件反映了加拿大北极冰盖的崩塌和气候变化。阿尔法脊B84A孔沉积物的环境敏感组分分别为细组分(4~9 μm)和粗组分(19~53 μm),两者的变化趋势相反,主要由海冰和洋流进行搬运,指示了洋流的强度变化。B84A孔的平均沉积速率约为0.4 cm/ka,与阿尔法脊周围地区沉积速率相近。相比于近岸的高沉积速率,其限制因素主要为大面积海冰覆盖造成的较低的生产力和由于长距离搬运造成的较低的陆源输入量。

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26. 颗石藻元素地球化学研究进展
梁丹,刘传联
地球科学进展    2012, 27 (2): 217-223.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2012.02.0217
摘要1487)      PDF (1333KB)(1187)    收藏

颗石藻元素地球化学研究在古海洋学研究中有着重要意义。目前开始研究的主要有Sr/Ca和Mg/Ca比值。研究发现,颗石的Sr/Ca比值主要受颗石藻生长和钙化速度控制,其次受温度影响;而Mg/Ca比值主要与温度有关,属种间受影响程度有差别。样品清洗和单种分离是颗石藻元素地球化学分析的重点和难点。倒置显微镜挑出单种颗石是目前最为方便且准确的分析方法。颗石Sr/Ca比值可以用来反映古生产力,Mg/Ca比值可以用来重建古温度。

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27. 20万年来南海古海洋研究的主要进展
李琪,李前裕,王汝建
地球科学进展    2012, 27 (2): 224-239.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2012.02.0224
摘要2316)      PDF (3179KB)(3493)    收藏

南海第四纪古海洋学的研究,从ODP184航次以来获得了快速的发展,已经成为国内外古海洋研究的重点地区之一。试图对国内外文献作一综述,介绍近20万年以来高分辨率的南海古海洋研究进展。综述主要涉及温度、盐度、生产力和上层水体的变化,重点介绍南海季风的研究成果。南海浮游有孔虫氧同位素曲线具有MIS3.3和MIS6.5期偏轻,MIS5.5和MIS7.3期偏重的特征,已被称为“季风型氧同位素曲线”。不同于代表全球冰量变化的底栖有孔虫氧同位素曲线(即SPECMAP曲线),“季风型氧同位素曲线”具明显的2万年岁差周期,代表了季风降水的影响。快速气候变化事件也有较为完整的记录,揭示了热带地区在快速气候变化中也发挥着重要的作用。

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28. 冲绳海槽中部热液活动与IODP 331航次初步成果
杨守业,王权
地球科学进展    2011, 26 (12): 1282-1289.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2011.12.1282
摘要1460)      PDF (5741KB)(938)    收藏

伊平屋北部热液区(Iheya North hydrothermal field)位于冲绳海槽中部地区。综合大洋钻探计划(IODP)331航次于2010年9月1日至10月4日在该区钻探了5个站位(C0013~C0017):C0016站位位于North Big Chimney(NBC)地区活跃的热液烟囱和硫化物—硫酸盐丘状体上;在C0013、C0014、C0015、C0016站位发现了异常高热流值;在热液补给区C0017站位,实现最大钻探深度达到海底下151 m。在活跃的丘状热液喷口处的C0016站位,尽管取芯率只有4.7%,但首次在现代海底获得黑矿型(Kuroko-type)、富闪锌矿的黑色矿石样品。其他4个站位岩芯主要为具有不同热液蚀变和矿化程度(沸石相到绿片岩相)的互层状半深海和火山碎屑沉积物,及火山角砾和浮岩砾屑。钻孔中不规则的地温梯度剖面变化揭示出地下流体的横向运移趋势。现场数据表明,岩芯孔隙水和气体组成在垂向和横向上变化较大。海底作用主要包括通过相态分离而形成高盐水和富气体的流体,矿物蚀变释放Ca而吸附Mg和Na,高温下K释放而低温吸收,硬石膏形成,有机质的微生物氧化和甲烷利用硫酸盐的厌氧氧化,微生物作用下甲烷形成等。船上研究未证实研究区存在活跃的深部生物圈,细胞丰度明显低于以前的ODP/IODP在陆架边缘的钻探站位。

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29. IODP 333航次:科学目标、钻探进展与研究潜力
高抒,全体船上科学家
地球科学进展    2011, 26 (12): 1290-1299.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2011.12.1290
摘要1139)      PDF (3870KB)(948)    收藏

在“地震带实验项目”(NanTroSEIZE)的总体框架下,IODP 333航次的任务是在日本四国岛岸外一条断面的3个站位获取岩芯。钻探于2010年12月12日至2011年1月10日实施,钻取了4个长岩芯,总长达1 005 m。IODP 333航次的主要研究内容是陆坡、海沟底部和海山脊部的第四纪沉积过程,包括沉积层内的孔隙压力、热流通量、粘土矿物组分、孔内微构造、火山地层学等,以及海底大型坡移事件沉积,弄清其基本特征及其第四纪层序形成的影响。集成上述分析资料,可望揭示边缘沉积体性质及其对地层内应力分布、临界应力值和强震发生的影响。此外,钻取的岩芯还有助于其他一些科学问题的探讨,如深海泥质沉积体系形成、火山活动的周期性、深海绿色沉积的组分与成因、沉积构造垂向分布特征与形成过程、第四纪细颗粒物质的沉积动力过程与海底地貌演化等。

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30. 哥斯达黎加地震起源计划——IODP 334航次介绍
朱俊江
地球科学进展    2011, 26 (12): 1300-1305.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2011.12.1300
摘要1422)      PDF (33201KB)(582)    收藏

2011年3月13日至4月13日哥斯达黎加地震起源计划IODP 334航次在中美洲哥斯达黎加俯冲带大陆边缘斜坡带实施。该航次的主要科学目标是研究俯冲剥蚀控制的俯冲带大地震的聚集和破裂过程。在1个月的钻探时间内,总共在4个站位、8个钻孔中获得1 492.88 m的岩芯,获得许多中新世到现代的火山灰层,初步确定上覆板块内沉积物和基底的岩性变化以及俯冲可可洋脊为玄武岩基底的特征。

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31. 有孔虫Mg/Ca温度计研究进展——盐度影响及校正
徐建,李建如,乔培军
地球科学进展    2011, 26 (9): 997-1005.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2011.09.0997
摘要1334)      PDF (1603KB)(901)    收藏

有孔虫壳体Mg/Ca温度计是近10年来发展最快、应用最广的恢复古海水温度的方法之一。随着研究的深入,这一方法面临的问题也越来越突出。其中,海水盐度影响壳体对Mg元素的吸收,是对Mg/Ca温度计“忠诚度”最具威胁性、也是近来最受人们关注的因素之一。查阅了最近2年有关Mg/Ca温度计中盐度效应的最新研究成果,整理出对盐度因素进行校正的方法和解决方案,以供国内同行借鉴和参考。

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32. 美国MARS海底观测网络中国节点试验
彭晓彤,周怀阳,吴邦春,吕枫,吴正伟,杨灿军,李培良,李德俊,金波,冯正平,李德平
地球科学进展    2011, 26 (9): 991-996.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2011.09.0991
摘要2174)      PDF (51976KB)(719)    收藏

MARS海底观测网络是国际深海海底观测网络组网设备的主要试验场所。2011年4月21日,由接驳盒子系统、海底化学环境监测子系统和海底动力环境监测子系统等海底观测网络组网设备组成的中国节点与美国MARS海底观测网络主节点成功接并,检测和考验了我国深海海底观测网络组网关键设备的主要性能,中国成为第三个在MARS网上进行大规模组网设备测试的国家。到目前为止,中国节点在MARS网上的运行稳定,正源源不断从美国蒙特利湾海底传回各种观测数据,表明我国深海海底观测网络组网关键技术已取得了重要突破,基本达到了实际应用水平。实时、高分辨率和海量的数据特征为开展海洋科学研究提供了宝贵的资料,显示了利用海底观测网络开展海洋科学研究的巨大优势。

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33. 热液喷口系统中氧化物沉淀体的形成及微生物的作用
孙治雷,李军,孙致学,黄威,崔汝勇,李季伟
地球科学进展    2010, 25 (12): 1325-1336.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2010.12.1325
摘要1625)      PDF (1752KB)(1189)    收藏

根据形貌识别以及分子生物学最新研究结果,包括Gallionella ferruginea,Leptothrix ochracea 和 Mariprofundus ferrooxydans在内的嗜中性Fe氧化菌在现代甚至古代热液喷口系统的Fe氧化物沉积体的形成中起到了重要作用。对于现代热液喷口系统而言,还原性羽流进入氧化性海水时形成的氧化还原过渡带是嗜中性Fe氧化菌最重要的生存环境,它们能在此环境中与Fe的无机氧化机制展开有效竞争,藉此获取生存所必须的能量。此外,通过静电吸引和表面活性基团的键合作用,细胞能在其表面和附属器官形成Fe氧化物壳层,从而形成与细胞自身相态相似的各种丝缕状结构。丝缕状结构生长到一定程度,就会阻滞热液流体和海水混合,进而在丝缕体交织成的网络内发生传导性热冷却,使流体中的Si达到饱和,在Fe氧化物表面沉淀下来,形成现代热液喷口系统的Fe-Si“二期次”复合生长结构。与现代Fe-Si沉淀类似的古代条带状Fe建造(BIF)沉积体的近期研究成果显示,Fe的来源很可能是前寒武纪时的热液喷口系统。由于BIF形成的海洋环境处于整体缺氧状态,早期营光合作用的微生物以及与现代类似的嗜中性Fe氧化菌很可能都参与了这个过程。

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34. 深海热液环境中的铁氧化菌及其矿化
陈顺,彭晓彤,周怀阳,李江涛,吴自军
地球科学进展    2010, 25 (7): 746-752.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2010.07.0746
摘要1969)      PDF (1491KB)(1532)    收藏

深海热液系统极端的物理化学条件蕴育了完全不依赖于太阳光的独特生态系统,化能自养型微生物是支撑这些生态系繁荣的初级生产者。铁氧化菌是海底热液环境中常见的化能自养微生物之一,能够从低价态铁氧化成高价态铁的化学反应中获取代谢能量。它们对海底金属元素的地球化学循环过程、金属矿床的形成和堆积以及丰富热液生态系统功能等有重要的影响。介绍了深海热液环境中存在的铁氧化菌,以及它们的分类、氧化机理和与之伴生的生物矿化现象。

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35. 苏禄海深海沉积物古菌群落结构多样性研究
王剑飞,萨仁高娃,李铁刚,申之义,于心科
地球科学进展    2010, 25 (7): 766-774.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2010.07.0766
摘要1823)      PDF (2622KB)(1237)    收藏

为了研究热带西太平洋深海沉积物中古菌群落结构的多样性,应用16S rDNA文库技术,对IMAGES ⅪⅤ 航次采集的岩芯MD3 059进行基因文库的构建和分析,选取得到543个克隆,处理获得137个OTUs (Operational Taxonomic Units)。基于16S rRNA序列的同源性比较,绘制系统进化树,进行统计学分析。研究结果显示,热带西太平洋苏禄海沉积物中有丰富多样的古菌群落,在不足5 m的沉积物中垂直分布着11种古菌类群。古菌序列归属于泉古菌(Crenarchaeota)和广古菌(Euryarchaeota),其中,前者主要由Miscellaneous Crenarchaeotic Group(MCG)构成(占总古菌克隆序列的50%以上),而后者主要由Marine Benthic Group D(MBG-D)、South Africa Gold Mine Euryarchaeotic Group(SAGMEG)和Marine Benthic Group B (MBG-B)等种属构成(占总古菌克隆序列的30%以上)。研究结果对于理解热带西太平洋深海沉积物中微生物多样性和未来开发利用微生物资源具有重要意义。

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36. IODP 324航次FMS成像测井资料处理及其在Shatsky海隆构造研究中的应用
吴婷婷,李三忠,庞洁红,王健,戴黎明,IODP Expedition 324 Scientific Party
地球科学进展    2010, 25 (7): 753-765.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2010.07.0753
摘要1868)      PDF (2506KB)(1035)    收藏

FMS成像测井是较为先进的测井技术,由于其具有高分辨率、直观性等特点,在原始产状恢复、沉积相态研究中有广泛的应用。位于西北太平洋的Shatsky(沙茨基)海隆是综合大洋钻探计划324航次的重点研究区域,通过对该航次U1347A、U1348 A、U1349 A 3口钻井中的FMS成像测井资料的处理及相应地质构造的解释、产状恢复,进行了构造应力场的探讨。得出结论是,Shatsky海隆TAMU地块的形成比较符合大洋中脊扩张学说,而对Ori地块的应力场分析则显示Ori地块的形成较符合地幔柱头假说。

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37. 日本南海海槽俯冲增生楔前缘的构造变形特征
李春峰,苏 新,姜 涛,Ujiie K, Fabbri O, Yamaguchi A,Chester F M,Kimura G
地球科学进展    2010, 25 (2): 203-211.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2010.02.0203
摘要1920)      PDF (28708KB)(886)    收藏

对增生楔不同压力—温度条件下的构造变形、流体活动、沉积特征、岩石物性和化学组成等多方面的直接观测,可以帮助分析俯冲带地震的蕴育和发生的环境与机理。通过参加IODP的日本南海海槽发震带研究项目(NanTroSEIZE)第一阶段316航次所收集到的大量第一手数据和资料,分别在4个站位上(C0004,C0006,C0007,C0008)对日本南海海槽增生楔前缘岩芯尺度上的构造变形进行了详细分析,并且讨论了岩芯尺度上的构造变形与增生楔中大尺度的非序列分支逆冲断层和前缘逆冲断层的构造变形之间的关系。发现逆冲变形不是只在大尺度的逆冲断层面上进行,而是弥散分布在主逆冲断层面、次级逆冲断层面以及断层面之间的更小的尺度上。小尺度构造的倾向与大尺度断层的倾向有较好的一致性,表明它们是在相同的应力场下所形成的。在增生楔浅部高角度的正断层比较发育,显示张性应力场特征,同时所获得的岩芯尺度上的地层倾角较大并倾向与反射地震以及区域地质分析结果非常吻合,而在深部,特别是在大尺度逆冲断层发育带附近,各种类型的断层、滑移变形带、节理等非常普遍,同时层理与劈理的产状的复杂变化更多地受控于复杂的逆冲断层带的作用。

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38. 黑潮源区沉积物微生物多样性初步研究
魏玉利,王 鹏,赵美训,张传伦
地球科学进展    2010, 25 (2): 212-219.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2010.02.0212
摘要2315)      PDF (2091KB)(1648)    收藏

从黑潮源区采集上层沉积物,进行DNA提取,以细菌和古菌的16S rDNA通用引物PCR扩增黑潮源区沉积物中细菌和古菌群落的16S rDNA,并构建细菌和古菌的16S rDNA 文库,经限制性片段长度多态性分析(Restriction Fragment Length Polymorphism, RFLP),DNA序列测定和系统发育分析,对黑潮源区表层沉积物的细菌和古菌多样性进行了研究。研究结果表明:黑潮源区细菌包括了变形杆菌(Proteobacteria)、酸杆菌(Acidbacterium)、浮霉菌(Planctanycene)、疣微菌(Verrucomicrobia)和Candidate division OP8和拟杆菌(Bacteroidetes)共6个类群, 其中变形杆菌是优势类群。古菌包括了泉古菌(Crenarchaeota)和广古菌(Euryarchaeota),其中泉古菌占优势;泉古菌包括MCG、C3、MBGA 和MGI 4个类群,而广古菌包括SAGMEG、MBGE和MEG 3个类群,其中MBGE是优势类群。

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39. Nd同位素方法应用于示踪古洋流的研究进展
吴 琼,刘志飞
地球科学进展    2010, 25 (2): 220-229.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2010.02.0220
摘要1863)      PDF (26283KB)(926)    收藏

大洋环流在调节全球水热分配方面起着举足轻重的作用,对全球气候变化有着重要影响。为了更好地了解未来的气候变化模式,掌握古洋流变化与气候冷暖交替耦合关系的机理成为当务之急。目前,海水Nd同位素是追踪洋流演化方式的有效指标,获得了越来越多的关注。通过从海洋环境Nd同位素的相关特性以及研究材料与方法方面来阐述Nd同位素应用于示踪古洋流研究的可行性以及最新的进展,并配合实例进行说明。

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40. 冷泉区底栖有孔虫研究进展
向 荣,刘 芳,陈 忠,颜 文,陈木宏
地球科学进展    2010, 25 (2): 193-202.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2010.02.0193
摘要2081)      PDF (1135KB)(1434)    收藏

海底冷泉区是海洋能源和生物资源同时富集的一类特殊区域。底栖有孔虫群落及其地球化学组成是海底冷泉区发育的重要指示标志之一。海底冷泉区的底栖有孔虫及其碳同位素研究,对于探讨冷泉演化、评估古冷泉甲烷排放对全球气候变化的影响有重要的研究意义。综述了全球一些主要冷泉区的底栖有孔虫研究方法及其进展,对比了各冷泉区底栖有孔虫群落结构的主要特征及地域差异,评述了冷泉区底栖有孔虫的碳同位素记录特征、影响因素及其对冷泉活动的潜在指示意义,最后提出了南海北部冷泉活动区底栖有孔虫方面的研究展望。

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