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地球系统科学大会纪念专刊

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1. 对地球系统科学的理解与误解——献给第三届地球系统科学大会
汪品先
地球科学进展    2014, 29 (11): 1277-1279.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2014.11.1277
摘要1024)   HTML9)    PDF (940KB)(672)    收藏

地球系统科学不应当理解为各门地球科学的叠加, 而是探索其圈层相互作用, 整合其各种学科, 将地球作为一个完整系统来研究的学问。地球系统科学从全球变化开始, 然后向早期的地质年代推进。而当前面临的新任务是将地球表层与地球内部过程连接起来研究。

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2. 新生代东亚地形、水系与生物地理演变——第三届地球系统科学大会拾翠
郑洪波, 郭正堂, 邓涛
地球科学进展    2014, 29 (11): 1280-1286.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2014.11.1280
摘要1080)   HTML8)    PDF (7021KB)(575)    收藏

新生代期间, 亚洲及周边地区地球深部过程与地表环境发生了一系列重大变革。印度板块—欧亚板块碰撞和太平洋板块俯冲驱动下的构造—地貌过程, 导致青藏高原隆升、亚洲东部岩石圈伸展减薄、西太平洋边缘海扩张, 并最终塑造了现今的宏观地形地貌和水系格局。这一系列构造地貌过程与新生代全球气候变冷、西风环流与亚洲季风环流重组、生物地理演变之间存在紧密的关联, 成为地球科学领域重大前沿与热点课题, 是开展地球深部与浅表过程、地球表层各圈层之间相互作用研究的重要切入点。

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3. 南海珊瑚礁: 从全球变化到油气勘探—第三届地球系统科学大会专题评述
余克服, 张光学, 汪稔
地球科学进展    2014, 29 (11): 1287-1293.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2014.11.1287
摘要994)   HTML4)    PDF (1261KB)(660)    收藏

第三届地球系统科学大会设置了关于南海珊瑚礁的专题, 系统讨论了南海珊瑚礁从响应、记录全球变化到岛礁工程建设和油气勘探等的研究进展。受全球气候变暖和人类活动加剧等因素的双重影响, 南海珊瑚礁在过去50多年来退化幅度高达80%, 不少区域现代活珊瑚的覆盖度<20%。珊瑚骨骼的地球化学指标清楚地揭示, 自工业革命以来南海海水的污染程度增加、CO2驱动的海水pH值降低(变酸)等, 这些环境问题对南海珊瑚礁构成了进一步的威胁。而日益增加的珊瑚礁区工程活动将不可避免地对珊瑚礁带来更大的环境压力, 因此建议充分研究珊瑚礁区的工程地质特征, 充分考虑珊瑚礁生态的脆弱性特点, 进行岛礁工程的合理规划和布局, 倡导“绿色工程”的理念。广布于南海的生物礁, 其主要成礁时期为中新世以来, 多种礁型储层及其良好的生储盖组合, 决定了南海生物礁油气藏具有广阔的勘探前景, 同时也具有多时间、空间尺度的环境记录功能。

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4. 古今结合论碳汇、见微知著识海洋 *
焦念志, 张传伦, 谢树成, 刘纪化, 张飞
地球科学进展    2014, 29 (11): 1294-1297.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2014.11.1294
摘要983)   HTML4)    PDF (1467KB)(912)    收藏

海洋是地球上最大的活跃碳库, 发挥着全球气候变化“缓冲器”的作用, 研究海洋碳循环过程与储碳机制是当前的国际热点。然而, 地球系统的复杂性注定了这个重大命题必须通过学科交叉、古今结合才能取得较全面的认识和新的突破。

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5. 比较行星学研究进展——第三届地球系统科学大会比较行星学分会场综述
胡永云, 田丰, 钟时杰, 肖龙
地球科学进展    2014, 29 (11): 1298-1302.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2014.11.1298
摘要1274)   HTML6)    PDF (1023KB)(1027)    收藏

比较行星学是一门由天文学和地球科学交叉形成的学科。比较行星学以地球作为参照物, 研究行星及其卫星的大气物理、化学和动力性质、表面特征、内部化学组分和构造、磁场性质、气候环境以及生命存在可能性。虽然比较行星学在我国还没有形成独立和完善的学科体系, 但参加比较行星学分会场的人数远超预期, 说明人们对这一新兴学科有强烈兴趣。提交的论文大致可分为3个部分:太阳系行星、太阳系外行星和月球探测。来自海内外的学者展示了他们最新的研究成果。

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6. 迎接我国地球科学的转型
汪品先
地球科学进展    2016, 31 (7): 665-667.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2016.07.0665.
摘要917)   HTML9)    PDF (967KB)(551)    收藏

从2010年起,中国科学论文数量已经晋升为世界第二,但是科学创新能力离国际领先还有很大距离。就像在经济领域一样,中国的科学也处在转折时期,关键之点是如何避免“中等收入陷阱”。我们的地球科学不能只盲目追求SCI论文数量,而是要去探索重大的科学问题,实现向更高层次的创新研究过渡。

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7. 海洋碳汇对气候变化的响应与反馈
焦念志, 李超, 王晓雪
地球科学进展    2016, 31 (7): 668-681.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2016.07.0668.
摘要1270)   HTML21)    PDF (11862KB)(727)    收藏

海洋碳汇对气候变化的响应与反馈是一个系统的科学命题,也是当前国际地球系统科学领域的前沿热点问题,需要通过微观与宏观结合、古今链接、多学科交叉融合进行深入研究。在我国科学家发起的海洋生物地球化学“戈登科学前沿论坛”(Gordon Research Conferences,GRC)首届论坛上,以海洋生物泵(Biological Pump,BP)、微型生物碳泵(Microbial Carbon Pump, MCP)以及碳酸盐泵(Carbonate Counter Pump,CCP)等海洋储碳机制为核心,深入研讨了海洋碳汇的过程与效应,起到了引领国际海洋学科发展方向的作用。国内学界也积极行动起来,在第四届地球系统科学大会上组织了海洋碳汇专题,从古海洋碳汇、现代海洋碳循环及海洋碳汇的生物海洋学过程3个方面开展研讨。海洋微型生物生态学过程与海洋碳汇以海洋浮游植物、细菌、古菌、病毒以及不同微型生物间的互作为切入点,探讨了微型生物的储碳和固碳作用的过程及其与全球气候变化的关系。古海洋碳汇方向的报告在时间尺度上跨越了从18~8亿年前的中元古代到距今2.5 Ma的第四纪,涵盖了包括古海洋碳汇形成的古海洋环境、古海洋碳汇的生态环境效应等前沿科学问题;古海洋碳汇的报告为现代海洋碳汇研究提供了有益的借鉴,并有助于本领域科学家对海洋碳汇的历史演化观的认识。现代海洋碳循环过程方面,专题报告结合时间梯度和空间梯度,以南海珊瑚礁碳循环源汇争议为代表,探讨了碳循环中的初级生产力、溶解有机碳的来源与有机碳的降解等过程,对现代海区和全球变化背景下海洋的源汇评估提出了新的想法与研究方向。

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8. 陆地生态系统与地球环境的协同演化
周浙昆, 周忠和, 王怿
地球科学进展    2016, 31 (7): 682-688.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2016.07.0682.
摘要707)   HTML4)    PDF (1062KB)(480)    收藏

陆地生态系统与地球环境协调演变是地球科学和生命科学研究的热点和重点,从志留纪有颌类的演化,新疆泥盆纪最早森林的出现,白垩纪缅甸琥珀中昆虫的多样性,始新世—渐新世转换期灵长类的演变以及碳同位素、硫同位素、 四醚膜类脂物(GDGTs)等地球化学,甘肃临夏盆地的早更新世龙担动物群及青藏高原及其邻区所特有的裂腹鱼类,伍氏献文鱼全身粗壮的骨骼与柴达木盆地干旱的相关性研究,亚洲季风对生物多样性影响,西藏芒康新生代植物群,沉积环境对化石保存的影响,利用古地磁,哺乳动物等手段构建高精度的地层系列等多项研究报道了这一领域的最新研究进展。

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9. 全球季风的多尺度演化
郝青振, 张人禾, 汪品先, 王斌
地球科学进展    2016, 31 (7): 689-699.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2016.07.0689.
摘要1036)   HTML14)    PDF (1592KB)(963)    收藏

作为中—低纬地区地球气候系统的重要组成部分,季风的形成演化和未来变化趋势一直是古气候和现代气候研究的重要内容。第四届地球系统科学大会第四专题“多尺度季风”从不同时间和空间尺度,对全球季风系统演化的规律和机理以及季风系统在地球系统演化中的作用进行了探讨,在季风变化的现代观测与地质重建、过去与现代季风的数值模拟、过去与现代季风对气候变暖的响应等方面开展了交流,并对未来的研究进行展望。

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10. 冲绳海槽地质构造对热液活动的控制机理
张玉祥,曾志刚,王晓媛,陈帅,殷学博,陈祖兴
地球科学进展    2020, 35 (7): 678-690.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2020.059
摘要803)   HTML7)    PDF (8080KB)(194)    收藏

海底热液活动一直是当代海洋科学研究的重要前沿领域之一,了解地质构造对海底热液活动的控制作用对于认识热液系统的形成机理及寻找海底硫化物资源具有重要的指示意义。总结了冲绳海槽中部和南部地形与断裂构造、地壳结构、重磁场、热流及岩浆活动等方面的地质构造特征以及海槽热液区分布和热液产物的基本特征。通过比较冲绳海槽与马努斯海盆、马里亚纳海槽、北斐济海盆、劳海盆等基底和扩张阶段不同的弧后盆地构造特征的差异,归纳了冲绳海槽地质构造的特殊性,包括过渡性地壳性质、低扩张程度、高热流值、巨厚沉积层及双峰式火山作用等。冲绳海槽热液活动受到断裂构造、岩浆活动、扩张速率等构造因素的控制,同时受到基岩类型和沉积物盖层等地质条件的影响。海槽中部和南部平行和垂直盆地走向的两组断裂带为流体循环提供了通道,大规模的岩浆活动则为热液系统提供了充足的热量。此外,海槽内广泛分布的酸性火山岩和较厚的沉积盖层与流体相互作用,使得热液产物富含有机质、二氧化碳以及Ag和Au等金属元素。根据冲绳海槽的扩张速率和地质构造特征,推测冲绳海槽仍具有发现新热液区的潜力,其中部和南部两组断裂交汇的部位、轴部火山、受海脊俯冲影响的区域以及靠近岛弧一侧的新火山带是最有潜力的海底热液活动探索远景区。

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11. 海底周期阶坎研究进展与挑战
王大伟,孙悦,司少文,吴时国
地球科学进展    2020, 35 (9): 890-901.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2020.072
摘要625)   HTML12)    PDF (8391KB)(210)    收藏

超临界流形成的周期阶坎是一种常见的底形,普遍存在于河口三角洲体系、深水峡谷—水道体系和碳酸盐台地等沉积体系中。从沉积环境、底形形态、沉积结构、形成机理和数值模拟等方面介绍了周期阶坎的研究进展,探讨了船测和AUV多波束、船测和AUV浅剖、人工地震、野外露头、数值模拟研究中揭示的周期阶坎分辨率问题,给出了周期阶坎研究的突破方向。利用探地雷达、人工地震、钻井和测井结合的方法,准确确定野外露头的中泓线位置;在水深大于500 m的区域,将AUV和船测多波束、AUV和船测浅地层剖面、人工地震等数据结合,通过载人潜水器获取原位数据,完善周期阶坎的三维精细结构;开发立体化三维数值模拟,建立一套适用于真实周期阶坎形态的动力学模拟方程。

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12. 水环境中溶解有机质的光谱表征:从流域到深海
郭卫东,王超,李炎,瞿理印,郎目晨,邓永彬,梁清隆
地球科学进展    2020, 35 (9): 933-947.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2020.073
摘要767)   HTML16)    PDF (8418KB)(525)    收藏

自20世纪90年代以来,光谱分析逐渐成为表征各种水环境中有色溶解有机质及其荧光组分来源和性质变化的一种重要技术手段。选取跨越了陆—海、陆架—海盆、边缘海—开阔大洋、海洋真光层—无光层等多个界面的福建漳江—漳江河口—东山湾—台湾海峡—南海东北部—吕宋海峡—西太平洋黑潮区垂直剖面,从连续载体的视角,通过对各类溶解有机质定性与定量光谱参数沿程的空间分布及变化趋势的分析,结合已有研究进展,系统总结了从流域到深海水文和生物地球化学梯度显著变化的大背景下,有色溶解有机质和荧光组分的各种来源与去除过程及其调控机制,探讨了不同水环境中溶解有机质定量光谱参数的地球化学分异特征,并对溶解有机质定性光谱指数的示踪能力进行了评析。提出土壤—河流系统的耦合研究、与矿化作用相关联的有色溶解有机质/荧光组分产生的微生物学机制、定量化的地球化学框架体系研究及全球变化的影响应是今后重点关注的课题。

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13. 中国主要河流输送陆源碳的同位素特征及影响因素
单森,齐远志,罗春乐,付文静,薛跃君,王旭晨
地球科学进展    2020, 35 (9): 948-961.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2020.078
摘要1116)   HTML94)    PDF (6879KB)(319)    收藏

长江、黄河、珠江和黑龙江是我国的4条主要大型河流,其淡水和陆源物质的输送对边缘海的物理、生物和地球化学过程具有重要影响。通过碳同位素(13C和14C)与浓度相结合的方法,研究了4条河流输送陆源有机碳(POC和DOC)和无机碳(PIC和DIC)的同位素特征和通量,通过同位素端元模型对各河流输送陆源有机和无机碳的来源做了定量计算并与世界主要河流进行了比较。长江、黄河和珠江输送的DIC和DOC具有千年尺度的14C年龄,高于世界其他大河流,主要受岩石风化以及人类活动的影响。黑龙江流域输送的DIC、DOC及POC具有相对年轻的14C年龄,这表明其河流碳组分主要受陆源植被有机质降解影响。该研究对认识我国主要河流输送陆源碳的特征、来源和控制因素及对边缘海碳循环的影响具有实质意义。

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14. 北极东西伯利亚陆架沉积有机碳的源汇过程研究进展
胡利民,石学法,叶君,张钰莹
地球科学进展    2020, 35 (10): 1073-1086.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2020.086
摘要821)   HTML10)    PDF (5382KB)(414)    收藏

东西伯利亚陆架作为全球最为宽浅的陆架之一,在全球变暖和北极快速变化背景下,受海冰减少、冻土退化、径流增加和海岸侵蚀加剧等因素的影响,该区沉积有机碳的来源、输运和埋藏发生着显著变化,且不同地区之间差异显著。东西伯利亚海西部和拉普捷夫海沉积有机碳以陆源贡献为主,海岸侵蚀作用提高了冻土碳的入海通量,对气候变化具正反馈效应;楚科奇海具有较高的有机碳埋藏效率,季节性海冰变化对有机碳的源汇有直接的影响。受沉积水动力作用影响,陆源沉积有机碳从勒拿河河口输运到陆架边缘需3 000~4 000年,不同类型有机碳存在显著的分异和降解。陆架有机碳埋藏具有显著的时空差异,大量高活性的冻土碳由陆向海的快速沉积对于北极土壤碳库的稳定性、水生环境有机碳的矿化及CO2的排放等方面具有重要的意义。今后该区的研究应加强综合地球化学指标和典型有机分子碳同位素等手段的应用,开展区域对比研究,重视海冰过程与有机碳源汇的联系,结合区域碳循环多模型集成,从现代过程与地质记录、替代指标与数值模拟相结合的角度去认识不同时间尺度快速气候变化下的有机碳源汇格局及其气候环境效应。

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15. 黄、东海陆架泥质区自生黄铁矿成因及其控制因素
常鑫,张明宇,谷玉,王厚杰,刘喜停
地球科学进展    2020, 35 (12): 1306-1320.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2020.105
摘要847)   HTML4)    PDF (4414KB)(333)    收藏

海洋自生黄铁矿的形成过程与有机质矿化过程密切相关,是构成全球C-S-Fe生物地球化学循环的重要一环。黄、东海陆架在全新世高水位期以来,广泛发育泥质沉积区,其中赋存大量自生黄铁矿,为研究其成因及其控制因素提供了契机。平面上,黄铁矿的分布与细粒泥质沉积伴生,因为细粒沉积物相对富集有机质且沉积环境稳定,有利于微生物硫酸盐还原的进行。黄、东海沉积动力、有机质来源和海洋生产力的区别导致黄铁矿生成与埋藏的差异,进而引起相关指标(例如C/S值)的不同。垂向上,黄铁矿的含量一般随着深度的增加而升高,说明随着埋深的增大,孔隙水中溶解氧耗尽后有利于硫酸盐还原的进行;黄铁矿硫同位素随着深度的增加而加重(富集34S),这可能与成岩系统的封闭性有关,也可能与甲烷厌氧氧化驱动的硫酸盐还原有关。另外,沉积速率通过影响有机质的埋藏、孔隙水和海水的联通效率以及硫酸盐—甲烷转换带的位置进而控制黄铁矿的含量及同位素组成。黄、东海陆架泥质区在沉积动力和沉积过程方面积累了大量优秀研究成果,可在此基础上,结合多硫同位素、原位微区测试等先进实验方法,发掘自生黄铁矿在探讨现代海洋C-S-Fe循环及深时海洋化学演化等重大科学问题的潜在价值。

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