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《中国科学:地球科学》2015,(9)
随着新技术应用和学科交叉融合,现代地球科学的研究尺度正在向更宏观和更微观两极延伸,分别促进了行星地球科学的发展和纳米地球科学的诞生.纳米地球科学借助先进的微区原位分析技术,旨在研究地学中的纳米尺度现象,如纳米矿物/颗粒、纳米结构和纳米矿物界面等及其在地质、地球化学过程中的作用.透射电子显微镜具有纳米和原子水平的空间分辨率和多种微区原位分析能力,是纳米地球科学研究中的重要分析平台.本文在介绍透射电子显微镜工作原理的基础上,举例评述了透射电子显微镜技术在岩石超微结构、球粒陨石和矿物中痕量元素赋存以及微生物矿化作用与微化石研究中的应用,并简要介绍了透射电子显微镜在地球科学研究应用中的注意事项及相关建议. 相似文献
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季节性缺氧导致夏季沉积物内源磷强烈释放,加剧水体富营养化,是我国西南地区深水湖泊（水库）面临的重要挑战.有效增加夏季缺氧期深水沉积物-水界面的含氧量,是减少内源磷释放的关键.现有的深水增氧技术由于缺乏对沉积物-水界面增氧的针对性,因此治理效果有限.近年来,纳米气泡已被证实具有的稳定性好、氧传质速率高和环境风险低等优点,为新型深水增氧技术研发提供了巨大潜力.本文以天然矿物材料白云母、绢云母、硅藻土和沸石为基底,负载纳米气泡,研发纳米气泡改性矿物颗粒技术,开展湖泊沉积物-水界面增氧模拟实验研究,运用平面光电极技术评估其界面增氧效果.结果表明,纳米气泡改性矿物颗粒对沉积物-水界面具有比较明显的增氧效果.其中,改性白云母、绢云母和沸石的界面持续增氧时间可达7天以上,增氧后的界面最大溶解氧（DO）浓度达4.40 mg/L,而改性硅藻土不具有增氧能力.其次,矿物粒度对改性颗粒的增氧效果有一定影响：粒度越细,界面的最大增氧浓度越高,且持续增氧时间越长.纳米气泡改性矿物颗粒技术有望成为夏季缺氧期深水沉积物-水界面精准增氧和内源污染控制的有效技术手段. 相似文献
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能量是一切生命活动的核心问题,生命体的能量来源与获取途径是地球早期生命起源与演化的关键科学问题.现有研究表明,生物体开始对太阳光能的大规模利用是早期地球生命演化的重要转折,生命随后逐渐发展并繁荣起来.然而,在生命活动中广泛存在着生物化学反应的电子转移过程,电子最初来源是否源自太阳光能以及如何源自太阳光能目前仍不清楚.数十亿年以来,太阳光理应一直激发着地球表面大量存在的半导体矿物产生光电子-空穴对,在早期地球表面处于还原环境与弱酸性介质条件下,半导体矿物产生的光生空穴极易被俘获,分离出的矿物光电子可有效还原二氧化碳为有机物质,提供生命起源所需物质.光电子在电势差的驱动下形成光电子传递链,可直接传递到原始细胞中以维持其新陈代谢过程.天然半导体矿物在早期生命起源过程中还能起到对细胞免遭紫外线辐射的保护作用,而这种保护作用是通过半导体矿物吸收紫外线来实现的.正是持续产生的较高能量的光电子被早期生命细胞所利用,天然半导体矿物光催化作用产生的光电子在早期生命起源过程中扮演着合成物质、保护细胞与提供能量的多种作用,这一机制至今仍在地球表层系统中发挥着重要作用. 相似文献
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砂岩的热开裂研究具有广泛的工程背景，本文实时在线观察和研究了不同温度作用下平顶山砂岩的热开裂：温度低于150℃时，砂岩几乎不发生热开裂；温度从150℃升高到300℃过程中大量的热开裂发生.而不同的矿物成分发生热开裂的阈值温度不完全相同，因此热开裂的阈值温度或者阈值温度范围只具有统计意义.砂岩热开裂主要与矿物成分的热学与力学性质有关，除了受到矿物热膨胀不匹配及热膨胀各向异性的影响，更重要的还受到矿物颗粒形状的影响，如热开裂多发生在矿物颗粒的短轴方向、优势结晶取向、颗粒奇异界面等，且热开裂的分布具有随机性.实验还观察到砂岩表面微缺陷发生闭合的全过程，在冷却过程也有微裂纹形成等现象. 相似文献
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对干旱区高山-新疆阿尔泰山中段连续的泥炭沉积序列进行详细系统的磁学分析,获得泥炭沉积物中磁性矿物的类型、含量以及粒径大小等磁学特性,探讨了在富含大量有机质的氧化还原条件下磁性矿物的保存与变化机理.岩石磁学结果表明沉积物中亚铁磁性矿物的富集程度低,磁性较弱.主要含有磁铁矿、赤铁矿、顺磁性矿物以及大量的抗磁性矿物组分,并且证实泥炭沉积物中不可能含有生物成因的趋磁细菌.沉积物的磁性颗粒主要以细颗粒为主,但同时还存在粗颗粒成分.研究结果指示在泥炭表层酸性的亚氧环境中,亚铁磁性矿物在较短的时间内伴随着部分溶解和改造,导致沉积物磁性浓度的降低和粒径的减小,快速的沉积和埋藏之后,长期处于缺氧的碱性还原环境下,磁铁矿发生的变化很小或基本不会再次被改造. 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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《地球物理学进展》2017,(6)
矿物和岩石电导率的实验研究一直都是国内外专家学者所关注的重点内容,目前电导率的实验测量主要采用交流阻抗谱的方法.从实验结果来看,地壳矿物和岩石电导率的影响因素主要分为外部环境和内部性质两部分,包括矿物和岩石所受到的温度和压力大小、内部赋存的流体和熔体、岩石颗粒边缘的碳膜、岩石的颗粒大小和面理方向以及矿物晶格赋存的结构水与晶格方向等.结合地球物理探测结果,前人对下地壳高导层成因提出了各自不同的看法,同时电导率的实验数据对于解释地下岩层结构、动力学特征也带来了一定的帮助.通过总结可以发现对于断层带的电导率性质目前仍然知之甚少,在今后的实验研究中则需要重点关注. 相似文献
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本文对发育在澳大利亚悉尼附近的Long Reef Beach中新世古土壤剖面进行了系统的岩石磁学研究,测量了磁化率、饱和磁化强度、饱和等温剩磁、非磁滞剩磁等常温磁学参数和磁滞回线,并对所有样品进行了热磁分析.实验结果表明:全新世软土层主要磁性矿物为MD颗粒磁铁矿,磁性矿物含量与黄土高原黄土层相当.中新世老成土层随地层深度增加主要磁性矿物由磁铁矿转变为磁赤铁矿,随着磁铁矿向磁赤铁矿的转化,开始出现赤铁矿;磁性矿物粒径分布较广,以PSD颗粒为主,其次为SD颗粒,同时含有少量MD颗粒;磁性矿物含量高于黄土高原强发育古土壤层.中新世红土矿层主要磁性矿物为赤铁矿,同时含有少量磁赤铁矿和针铁矿,属于铁的富集层,赤铁矿以SD颗粒为主,含少量PSD和MD颗粒.Long Reef Beach中新世古土壤形成时期,对应着一种全球性高温多雨气候,地表化学风化作用十分强烈.丰富的降水,导致中新世老成土层发生淋溶作用,磁铁矿在向下淋溶迁移过程中逐渐氧化为磁赤铁矿和赤铁矿,铁氧化物最终在红土矿层淀积,磁赤铁矿经高温压实作用再结晶转化为赤铁矿.磁性矿物转化过程可概括为磁铁矿—磁赤铁矿化的磁铁矿—磁赤铁矿—赤铁矿,其中部分磁赤铁矿具有热稳定性,在空气(氩气)环境中加热到700℃未发生转化. 相似文献
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《中国科学:地球科学》2015,(9)
纳米离子探针在显著提高空间分辨能力的同时,仍然保留了较高的质量分辨、灵敏度和分析精度.它已经成为物质成分分析的重要新平台,广泛应用于空间科学、地球科学、生命科学和材料科学等领域.通过小至50 nm的Cs+离子束扫描样品表面,它可以同时获得多达7个元素或同位素的高空间分布图像.利用法拉梯杯接收信号时,C,O和S等稳定同位素的分析精度可以达到0.3‰~0.5‰(1SD).尽管这一精度与传统离子探针0.1‰的精度水平仍有差距,但是可以满足大部分的地球科学需求.中国科学院地质与地球物理研究所于2011年安装了中国第一台纳米离子探针(Cameca Nano SIMS 50L),本文在其工作原理和分析功能的基础上,介绍基于这台仪器研发的分析方法,以及它们在地球科学中的潜在应用,包括矿物环带中微量元素分布、超高空间分辨(2~5?m)的Pb-Pb和U-Pb定年、磷灰石和硅酸盐玻璃的水含量和H同位素分析、金刚石和石墨的C同位素分析、碳酸盐的O同位素分析、硫化物的S同位素分析等.此外,为了方便国内地球科学研究者使用纳米离子探针,本文还介绍了样品制备的具体要求. 相似文献
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黄土岩石磁学参数是古气候研究中的重要指标,其中磁化率应用最为广泛,并在黄土高原地区取得重大进展,其受控于成壤作用的变化机制也被普遍接受.然而在黄土高原外缘的新疆地区,磁化率的变化机制仍不明确,导致磁化率的古气候意义在该区存在较大争议.本文选取塔里木盆地南缘具有精确年代控制的典型黄土剖面（羊场剖面）开展岩石磁学和高分辨率磁化率研究,利用交叉小波分析方法并结合剖面粒度、矿物及元素特征对该地区磁化率变化机制进行初步探讨.结果显示,羊场剖面的岩石磁学性质主要由粗颗粒软磁性矿物所控制,同时也表现出一定的顺磁性特征.根据载磁矿物和磁化率变化特征可将剖面进一步划分为两个阶段：阶段Ⅰ（8.5~2.5 ka）,载磁矿物以亚铁磁性的磁铁矿为主,磁化率值整体较高;阶段Ⅱ（2.5~0.2 ka）,亚铁磁性矿物依然占据主导地位,但硬磁性矿物和以黄铁矿为代表的顺磁性矿物相对增多,磁化率值显著降低.相关性研究和交叉小波分析表明：阶段Ⅰ磁化率与粗颗粒组分的变化具有一致性,符合"风速论"模式;阶段Ⅱ磁化率不仅与粗颗粒组分具有明显的正相关关系,而且与指示成壤作用强度的频率磁化率百分含量呈现出显著的负相关关系,暗示了阶段Ⅱ的磁化率变化可能受到"风速论"和"还原性成壤"模式的共同影响.本文拓宽了对新疆地区黄土岩石磁学特征及其磁化率变化机制的深入理解,也为利用磁化率恢复新疆及中亚地区全新世以来的古气候变化历史提供了新的线索. 相似文献
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对贵州省麦岗水库沉积物环境磁性特征的研究表明,亚铁磁性矿物主导了沉积物矿物磁性特征,但同时也存在反铁磁性矿物等其他矿物,超顺磁颗粒在沉积物中广泛存在.在所选矿物磁性参数中,χlf、χfd、SOFT与粒度不相关;χARM、SIRM、F300与粒度相关,但相关系数不高;χARM/χlf、χARM/SIRM和粒度显著相关,可以作为粒度的代用指标.研究结果显示,磁性参数确实可以作为粒度的代用指标.但对比研究表明,在不同沉积环境,甚至相似沉积环境的沉积物中,矿物磁性参数和粒度的关系可能不同,在特定沉积环境中,利用磁性参数作为粒度的代用指标应该在充分研究的基础上进行,使研究结果更为可靠. 相似文献
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地气物质纳米微粒的实验观测及其意义 总被引：26，自引：0，他引：26
地气法 ( geogas)是寻找深部矿和隐伏矿的一种新方法 .选取实地地气测量和室内模型试验中具有地气异常的采样片 ,利用原子力显微镜、透射电子显微镜和扫描电子显微镜观测 ,结果证实地气物质是纳米微粒形式迁移的 .地气物质的颗粒大小为n·nm到n·1 0nm ,在采样片上堆积成较大颗粒 ( 1～ 2 μm或n·1 0 μm) ;观察到其颗粒形状为球状、片状等 ;已测定的成分主要有Cu ,Zn ,Cr,Au ,Al,V ,Si,Cl,S ,Ca等 ,与地气异常成分一致 .从现代纳米科技的新认识 ,探索了地气法找矿机理 ,以及地壳上升气流中成矿物质纳米微粒的存在、迁移等纳米地质学问题 . 相似文献
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石炭-二叠纪时期被认为是全球构造运动机制由古到新的转换期.在这一时期内,塔里木板块内部经历了大规模的岩浆活动,构成了我国境内又一个大火成岩省.综合研究塔里木大火成岩省早二叠世玄武岩中磁性矿物组合类型、特征和粒径,可为进一步明确其快速形成过程提供必要的岩石磁学依据.本文对采自柯坪地区库普库兹满和开派兹雷克组样品进行了系统的岩石磁实验,包括饱和等温剩磁获得曲线、三轴等温剩磁系统热退磁实验、k-T曲线、磁滞回线和一阶反转曲线等.实验结果表明,库普库兹满组和开派兹雷克组样品中以钛磁铁矿和磁铁矿等低矫顽力磁性矿物为主,磁性矿物磁畴类型为SD、PSD与MD颗粒混合.本文结果还显示开派兹雷克组与库普库兹满组样品适宜开展进一步的古强度研究. 相似文献
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冰芯中所含不溶性微粒与大气粉尘沉降过程密切相关,是重建气候环境变化的良好载体.本文对宁金岗桑冰芯（56m,公元1864～2007年）样品中不溶性微粒进行了系统的岩石磁学研究.结果表明,不溶性微粒的载磁矿物以低矫顽力、准单畴颗粒的磁铁矿为主.在过去的144年中,磁性矿物的粒径无显著变化.但是其含量（饱和等温剩磁指标）变化以～1980年为界,之前变化稳定,之后显著增多.这一现象与青藏高原及北半球的气温变化在大的趋势上具有良好的相似性.我们认为磁性颗粒的增加与气候变暖有着一定的关系.其可能的机制是：在大的时间尺度上,气候变暖导致的冰川退缩和局地气候不稳定使得冰芯中含有磁性矿物的大颗粒物质增多,而与年降水变化相关的沙尘天气频率相关性较弱.因此,青藏高原冰芯不溶性微粒的饱和等温剩磁可能在趋势上反映了气候变暖,为研究该区大气粉尘的沉降过程提供新参数. 相似文献
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《中国科学:地球科学》2016,(3)
地幔深部的矿物具有显著的含水能力,含水量从几十到几万ppm(part per million)不等.由于地幔体积巨大,地球深部的水可能远大于地表水的总量.研究水在地幔矿物岩石晶体中的赋存机制及其影响是目前矿物学和地球物理学界的研究热点之一.一方面,俯冲板块向下运动,其中的蛇纹石在高温下分解,产生一系列的高含水硅酸盐矿物(如相A、粒硅镁石和斜硅镁石),这些矿物是潜在的"搬运工",将水进一步带入地幔深部,乃至转换带中;另一方面,橄榄石在转换带中的高压相(瓦兹利石和林伍德石)具有较高的储水能力,使得转换带成为了地球深部最重要的储水层,并且水也对地幔转换带的物理化学性质产生了显著影响.本文主要讨论以下两方面内容:(1)含水的硅酸盐矿物晶体结构,为微观上认识地球深部水的赋存机制和循环过程提供实验依据;(2)水对硅酸盐矿物热力学状态方程的影响,为约束地球动力学过程以及水的影响提供重要参数. 相似文献
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2002年春季北京特大沙尘暴颗粒的矿物组成分析 总被引：4，自引：0，他引：4
应用X射线衍射(XRD)和带能谱的场发射扫描电镜(FESEM-EDX)对在北京2002年3月20日收集的一次特大亚洲沙尘暴样品进行了分析, 获得了矿物组成及粒度分布信息. 结果表明, 此次沙尘暴颗粒中矿物颗粒达94%. XRD半定量分析显示, 沙尘暴颗粒的矿物组成主要有黏土(40.3%)和石英(19.5%), 其次有方解石、斜长石、钾长石、赤铁矿、黄铁矿、角闪石和石膏, 但其含量都小于10%. 分离出的黏土组分中伊/蒙混层矿物占78%、伊利石9%、高岭石6%、绿泥石7%. FESEM-EDX分析除了检测到那些主要类型矿物外, 还检测出痕量的白云石、黄铁矿、盐类矿物芒硝、重矿物、金红石、钛铁矿和磷灰石等矿物. 此次亚洲沙尘暴颗粒和非洲撒哈拉大沙漠的沙尘羽颗粒的矿物类型相似, 但是黏土矿物组成有很大的差别, 前者以伊/蒙混层矿物为主, 后者以伊利石为主. 相似文献
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在1.0 Pa、室温到880℃分别采用超声波透射法和阻抗谱法测量了斜长岩的纵波速度和电导率，并对实验产物进行了鉴定分析．结果表明，在680℃，由于斜长岩中的含水矿物绢云母和黝帘石发生脱水反应，岩石的纵波速度开始大幅度下降．在410℃～750℃、12～105 Hz的频率范围内，斜长岩只出现颗粒内部传导．由于脱水产生的自由水主要分布于矿物的三联点或颗粒拐角处，没有形成连通的高导性网络，因此，脱水作用不会导致斜长岩电导率显著增加，也不会改变其电传导机制．地球内部低速层和高导层的形成与演化可能具有非同步性，通过含水矿物脱水可以形成地球内部的低速层，但不一定同时形成高导层． 相似文献
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地球物理、地球化学或遥感图像等资料的奇异性(singularity)反应了其内在的空间自相似、自仿射分形以及多维分形特性.奇异性可以应用在值估计(插值)与重建(提高分辨率)、矿产储量计算与勘探构造特征提取和环境评价中.目前,不存在时奇异值的各向异性的估计算法与应用.然而,在矿物勘探中对地球物理、地球化学与遥感资料处理解释时,各向异性是常见的现象.实践证明,矿产往往赋存在这些各项异性的次级构造与主构造的交会处.GIS是综舍各种地质、地球物理、地球化学与遥感等资料的有效工具.本文给出GIS环境下,各向异性奇异值以及有关的参数估计方法.用加拿大Nova Scotia省南半部的地球物理、地球化学资料进行了试算,计算结果与已知的地质、矿产分布模式有极好的相关性.这说明,各向异性奇异性参数在矿物勘探中有极大的应用前景. 相似文献
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尽管富水流体参与蛇绿岩豆荚状铬铁矿形成过程已被广泛提及,但流体的作用和机制仍缺乏天然样品的证据证实.文章对保存完好的土耳其K?z?lda?蛇绿岩和研究程度较高的西藏罗布莎蛇绿岩的铬铁矿床进行了岩石学、矿物学和地球化学的系统总结,展示了流体活动的证据,探讨了铬铁矿结晶与岩浆演化过程中流体不混溶的关系,进而建立了铬铁矿成矿的新模型.在该模型中,侵入大洋岩石圈地幔的岩浆通过岩浆通道相连接进而形成一系列的小岩浆房,铬铁矿微晶吸附岩浆中的流体形成含铬铁矿的不混溶液滴,这种不混溶铬铁矿液滴由于密度较小在岩浆房中悬浮并随岩浆向上运移.在岩浆混合、对流及运移过程中,分散的含铬铁矿的液滴不断聚合形成更大的富铬铁矿不混溶液滴.大的不混溶液滴从边部向核部逐渐结晶铬铁矿,捕获或圈闭的熔/流体发生结晶作用形成各种各样的矿物包裹体.不混溶的含铬铁矿的液滴在岩浆房中大量聚集则形成“不混溶液滴池”,此时大量铬铁矿原地结晶形成豆荚状铬铁矿,同时释放吸附的流体导致岩浆房中流体的富集.释放的流体由内向外逐渐渗滤到围岩纯橄岩和方辉橄榄岩中,造成矿体与围岩中矿物内部和矿物间的元素变化和同位素分馏.因此,玄武质岩浆上涌过程中流体不混溶作用对铬铁矿的成矿作用至关重要. 相似文献