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极端环境指的是不适宜于人类生存的自然环境,而恰恰是多数微生物栖息的甚至是必需的环境.位于进化树根部的超嗜热微生物暗示早期生命就起源于类似深海热液系统的高温,厌氧极端环境.生命的化学本质是通过能量输入而维持一个远离热动力学平衡的耗散结构的过程.生命只能以量子形态从环境的理化梯度中获取能量.能量代谢方式决定了生命的演化框架,生态系统的结构与细胞的生理状态.伴随着地球环境所经历的降温与逐步氧化的过程,微生物建立了相对统一的极端环境适应机制.我们现在能够通过对极端微生物的研究尝试重建早期生命的起源与演化过程,也可以找出基因组中的历史环境记录."追寻能量"成为探寻包括地球在内生命边疆与未知生命在宇宙中的存在与适应性的重要途径. 相似文献
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利用地质学、天文学、地球物理学、古生物学资料进行约束，对地球的去气作用进行研究发现：太阳系的部分冷物质，通过吸积作用形成早期地球.在碰撞动能转变的热能作用下，造成了早期地球的表面熔融.在熔融状态的高温高压作用下，构成地球表面物质的结晶水排出地表进入原始大气；在高温高压下分解的碳酸盐、硫酸盐、卤化物等产生的二氧化碳、硫化氢、二氧化硫、氯化氢、氟化氢等气体进入原始大气，和水蒸汽一道共同组成原始大气.当地球内部在重力势能和放射能的作用下继续熔融时，地球表面固化为原始岩石圈.后来，地球除表面岩石圈外，整个地球完全熔融.地球内部物质熔融形成的水和二氧化碳等气体，被岩石圈圈闭.只有当冰川形成和消融，引起造海和造陆作用，导致火山喷发和地震时，这些气体才可能排出地表.这些气体的排出，受地球内部的熔融状态、冰川形成的位置（是在海洋或是在陆地）、生物的演化、太阳光的强度等因素的综合影响. 相似文献
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在宇宙中,众多恒星发出的光线充斥于万物之间.光压虽然早在1901年就被人们发现和试验证实,但一直未把它作为一种客观存在的自然力看待.其原因是(光压)斥力相互作用(自然力)主要表现在宇观物体(天体)上,在太阳系内的(太阳光压)斥力作用下,能否证明地球物质的宏观运动状态发生了变化及发生了什么样的变化,则是人们把(光压)斥力相互作用是否作为一种自然力看待的关键.宋贯一(1991)发现,太阳光压、地球的自转与公转组成了一套类似金属塑性压力加工中的一套天然"轧机",太阳的能量(动量)就是通过这种"轧制"式耦合物理机制传递给地球的,并依据这种耦合机制产生的地壳"轧展"效应特征,发现(1999)太阳光压斥力作用才是控制全球地壳运动和地震活动的唯一重要因素.宋贯一(1992)又发现,太阳光压、地球的自转与公转及赤黄交角的存在,组成了一套天然的日地间太阳能量(动量)相耦合的"摇摆"式物理机制,依据这种耦合机制特征,发现和证明(2006,2011)太阳光压斥力相互作用才是激发自转轴摆动并产生极移及地球自转速度季节性变化的主要力源.上述一系列发现,为(光压)斥力相互作用在自然界的客观存提供了具有说服力的证据.它与(万有)引力相相互作用一样,在宇宙的演化中起着同等重要的作用. 相似文献
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正地球生物学(geobiology)研究地圈-生物圈耦合系统,即生物圈与地球其他圈层如大气圈、水圈和岩石圈的相互作用机制及其过程.地球生物学、地球化学和地球物理学分别构成了研究地球系统的生物过程、化学过程和物理过程的学科体系.地球生物学的核心是生命与地球环境的相互作用与协同演化.我们过去讲地球与生命的关系,主要强调的是地球环境影响生命,生命适应地球环境,这是一个单向作用的关系.但地球与生命之间应为相互作用的关系,而且是协同演化的.生命演化能否影响地球环境演变,生物过程能否影响地球环 相似文献
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非生物(无机)过程形成的烷烃和其他有机化合物,涉及能源资源和生命起源与演化两大科学主题."地球原始非生物成因烷烃理论"和"蛇纹石化非生物成因烷烃理论"是该研究领域的两大主流理论.超基性岩蛇纹石化作用通常发生在缓慢扩张洋中脊系统、大陆蛇绿岩系统等构造环境.超基性岩蛇纹石化生成非生物成因烷烃与其他有机化合物,为化能自养微生物群落提供了所需要的能量和初始物质,是生命起源最重要的变质水化反应.生物过程和非生物过程的叠加,给鉴别蛇纹岩寄主生态系统的非生物成因有机质带来严峻挑战.非生物(无机)过程能否形成石油和天然气资源,这是科学界一个多世纪以来不断探索而未能解决的科学难题.虽争论不休,但已取得了重要进展.中国松辽盆地非生物成因商业天然气藏的发现和勘探开发,为研究和寻找非生物成因天然气资源提供了一个典型实例. 相似文献
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正大气中的臭氧层是保护地球上的生命免受紫外线辐射"杀戮"的重要屏障。但是科学家们在极地上空发现了巨大的臭氧空洞,而且这个洞的面积正以惊人的速度扩大。臭氧是大气中保护地球生态环境作用极大的高空物质。臭氧层是地球的天然屏障,如同一把撑在大气层高空的无形"保护伞",是保护地球生物和人类安全的"天兵天将"。 相似文献
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地球生物学（geobiology）研究地圈．生物圈耦合系统,即生物圈与地球其他圈层如大气圈、水圈和岩石圈的相互作用机制及其过程．地球生物学、地球化学和地球物理学分别构成了研究地球系统的生物过程、化学过程和物理过程的学科体系．地球生物学的核心是生命与地球环境的相互作用与协同演化．我们过去讲地球与生命的关系,主要强调的是地球环境影响生命,生命适应地球环境,这是一个单向作用的关系．但地球与生命之间应为相互作用的关系,而且是协同演化的．生命演化能否影响地球环境演变,生物过程能否影响地球环境,这是一个重大科学问题．地球生物学对此作出了肯定的回答．生命与地球的协同演化这一概念符合地球系统科学的总体观,也符合人与自然协调发展的科学发展观． 相似文献
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本文评述了有关地球起源的几个问题:地球物质的来源、地球形成方式和时间、地球形成过程中的能量平衡和地核的形成。 相似文献
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依据太阳光子辐射产生的光压理论,作者揭示出了自然界存在有如下两种自然现象:(1)揭示了日-地闻天然形成的能量(动量)相耦舍的"轧制"式和"摇摆"式物理机制及其存在的证据.阐明了包括地壳运动、地震和火山活动在内的地球内动力地质作用所需要的能源(力源)不是传统地质学所理解的仅来自于地球内部,而主要是来自于太阳.太阳与其系内行星之间不单是先前人们所理解的靠万有引力作用所维系的那种家族式的首领关系,而且也是靠太阳辐射的斥力作用形成的"母子"关系.地球自生成以来,主要是靠太阳光子的能量(动量)的"哺育"才"活"下来的,地球目前还生机勃勃地"活着".地球的自转与公转及赤、黄交角的存在,不是先前人们所理解的只具有行星运动几何学上的意义,它在日一地之间能量(动量)相耦合转换机制中还起着更为关键的作用,它是整个地球能有效地、连续不断地获得太阳辐射能量(动量)使其能"活"下去而必须具有的最为简单的天然条件.(2)揭示了自然界任一恒星系内部恒星与行星或星际物质间的斥力作用普遍存在.众所周知,太阳是一颗质量较小的恒星,在银河星云系中类似太阳的发光恒星大约就有4000亿颗,在宇宙更是不计其数.这说明宇宙中的任一恒星系内恒星与它系内的行星及星际物质(除暗物质外)之间的能量(动量)耦合与交换主要是靠光子来实现的.光予是宇宙中既普遍存在又具有特殊性能的一种物质.光子不带电,其电荷、电偶极矩和磁矩皆为零,它是一种稳定的粒子,其寿命为无限大.宇宙中任一恒星辐射出的光子可以对外任何可见物体起作用.光子对受体的作用方式是碰撞,它不但把自身的能量传递给受体,还把自身的动量(以光压斥力的形式)传递给受体,其斥力方向与恒星与受体之间的引力方向恰恰相反,以阻止行星或星际物质在万有引力作用下向恒星内部凝聚,保持恒星系基本空间构架的相对稳定.由此推知,宇宙中物质之间的(光)斥力作用是普遍存在的,它与万有引力作用构成了相互依存的两个对立面,它们之闻的对立与统一构成了和谐一致的自然界.日一地间天然形成的能量(动量)相耦合的"轧制"式和"摇摆"式物理机制的发现与证实,为自然界星际(恒星与行星)尺度间的斥力作用普遍存在提供了有力的证据.这是自牛顿发现万有引力之后,首次对宇宙中星际间存在的"反引力"作用这一宏观自然现象的揭示. 相似文献
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地球生物学是地球科学与生命科学的交叉学科,其核心任务是探讨生物与环境的相互作用和协同演化.在分析国际地球生物学的研究进展、中国科学院学部地球生物学前沿论坛成果以及本专辑代表性论文的基础上,本文简要评述了重大地质突变期的地球生物学、地质微生物与全球环境变化以及极端环境地球生物学这三大主题的主要研究进展和存在的科学问题.在重大地质突变期的地球生物学方面,人们已经认识到生命的起源、辐射、灭绝和复苏等重大生命事件的发生与地球深部过程以及受其影响的海-陆-气环境过程密切相关;但对于地质历史时期生物与环境是如何协同演化的,其具体的机制和动力学过程是什么,还知之甚少.在地质微生物与全球环境变化方面,各类地质微生物功能群不仅灵敏地响应地质环境的变化,而且通过元素循环和矿物转变对地质环境产生重要影响;但人们对不同地质微生物功能群是如何通过协同作用而改变地质环境的,还了解得很少.在极端环境地球生物学方面,人们从深海、冰川冻土、地下水、洞穴和热泉等极端环境中发现和分离出一些重要的微生物,并开展了许多生物学的研究;但真正能上升到极端环境地球生物学的研究很少,极端环境微生物的地球化学功能还远未查明.地球生物学将大大拓展生物过程研究的时空范畴,在资源领域和全球变化领域有广阔的应用前景.地球生物学需要多学科的协同研究,包括加强地质微生物的研究,加强生物地球化学循环的数据库建设和定量化模型研究,加强各类典型地质环境条件的研究,加强生物过程与物理化学过程的耦合研究. 相似文献
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基于耗散结构理论,从能量理论角度对煤矿开采区建筑物的动力破坏过程进行了系统的定量分析。提出了建筑物能量耗散的理论判据,研究了地震作用下煤矿开采区建筑的损伤演化灾变过程。根据结构动力学理论,建立了煤矿开采区建筑物在地震作用下的能量演化平衡方程,定量分析了地震作用下煤矿开采区建筑物系统中耗散能量的变化过程。结果表明:在开采沉陷和地震联合作用下,建筑物与外界产生更多的有害的能量交换,进而产生更多的塑性损伤变形,结构阻尼耗能降低;根据建筑物能量耗散演化趋势应建立合适的抗开采沉陷变形隔震保护新体系,为我国矿区建筑物保护提供借鉴意义。 相似文献
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生存于微氧、近中性pH环境的铁氧化细菌所形成大量的螺旋柄状或长杆鞘状胞外聚合物有利于沉淀其环境中的铁氧化物,而这些胞外聚合物可被视为其地球微生物学标志.太古代晚期至早元古代的海洋是微氧富铁的环境,因此铁氧化代谢成为当时生物圈的重要组成部分,但与之相关的生物物质及铁矿化记录在经历漫长的地质演化后不可避免的发生变化而难以识别.本研究实验模拟了嗜中性微好氧铁氧化菌席可能经历的成岩作用,通过对比现代铁氧化细菌产生的胞外聚合物及铁氧化物在经历高温-高压前后的变化,揭示了生物物质-矿物体系在成岩作用中可能经历的变化过程.实验结果显示螺旋柄状物和长杆鞘状物以及铁氧化物球状聚合物在100MPa和300℃作用之后,其生物结构特征仍可以识别,表明微生物有机质-铁氧化物混合体系可能在地质记录中被一定程度的保存,为前寒武沉积记录中铁代谢的起源和演化的识别提供了参考. 相似文献
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土壤-微生物-植物系统中矿物风化与元素循环 总被引：8，自引：0，他引：8
土壤是地球关键带的重要组成部分,土壤-植物系统是连接岩石圈、生物圈、大气圈和水圈的纽带.土壤作为地球上生物多样性最丰富的生境之一,在地球表层生物地球化学过程中担负重要的作用.本文主要从地球生物学的角度来探讨土壤生物在地球表层(风化壳)岩石矿物风化、物质转化与运输中的作用及其相关机制,包括土壤微生物对岩石矿物的风化,以及土壤-根系的相互作用和土壤-微生物-根系相互作用对岩石矿物风化的影响. 相似文献
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《中国科学:地球科学》2017,(10)
对地幔的地球化学研究为理解地球的形成和演化、其内部结构以及地幔动力学提供了重要制约.全地球的成分是通过由地幔岩石与球粒陨石对比所得到,并由此引出了球粒陨石质地球模型.这个模型认为地球难熔元素比例与球粒陨石相同,但挥发份相对亏损.洋岛玄武岩可能是源于地幔柱深部成因,进而成为研究深部地球的独特途径.洋岛玄武岩同位素组成变化可用有限几个地幔端元(例如,DMM、EM1、EM2和HIMU)来描述,由此用来解译重要的地幔过程.地壳物质通过俯冲和拆沉进入深部地幔,对地幔不均一的形成起到了重要作用.然而,这些地壳物质如何由部分熔融所提取,例如洋岛玄武岩成因中贫橄榄石岩石的作用,仍是热点争论话题.高~3He/~4He地幔的位置和成因仍有争议,存在从下地幔未演化(或弱演化)的原始物质到浅部成因的高程度演化物质的看法,后者包括古老熔融残留、弧下镁铁质堆晶和再循环含水矿物.可能存在的核幔相互作用被假定为洋岛玄武岩中诸如放射成因~(186)Os以及Fe和Ni的富集之类地球化学特征形成的原因.诸如~(142)Nd、~(182)W和Xe同位素之类的短寿命核素的微小但重要的变化在古老和现代岩石中均有报道,这暗示地幔必须在地球形成后100Myr内即发生分异,而且地幔并未被对流所有效均一化. 相似文献
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当前对早期生命演化过程的研究仍存在许多尚未解决的问题,其中以真核生物"基因组起源"和"细胞功能演化"最为重要,回答该问题的关键在于确定真核生物在生命树中的位置以及20亿年前获得线粒体的宿主与现代古菌之间的关系.最新研究认为真核生物是从属于古菌的一支,而新古菌的不断发现将进一步推动"真核细胞功能演化"的研究.文章先对有关"古菌"、"生命树"和"真核细胞功能演化"的研究进展及挑战进行梳理,之后单独总结了当前中国的古菌研究现状,最后从"宏基因组"、"生物信息学方法"和"古菌的分离培养"三方面对通过构建古菌系统发育推动生命演化研究提出展望. 相似文献
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地磁场源于地球内部的地核发电机,经由近3000 km厚的地幔和地壳到达地面,穿过生物圈、大气层和电离层后延展至太空形成磁层.地磁场对生物圈有双重保护作用:阻挡了高能粒子向内入侵,也避免了氧和水等挥发性物质向外逃逸.尽管地磁场在几十亿年的时间里帮助维持了地球的宜居性,人们仍认为地磁倒转所导致的保护作用削弱会给生物圈带来深刻的负面影响,甚至是生物灭绝.本文梳理地磁倒转与生物灭绝因果关系研究的五十年发展历程,结合历史背景评介早期"一对一"假说的得与失,并着重阐述空间环境变化在最新提出的"多对一"假说中的重要作用.这些研究成果已经清晰地说明,从地核到磁层的地球各圈层是一个耦合的复杂系统,地球演化中的重大事件应当从地球系统科学的角度来看待,并借助比较行星学来研究和理解. 相似文献