科研进展--中国科学院广州分院

徐义刚院士、陈骏院士领衔《中国深地科学2035发展战略》正式发布

近日，由中国科学院和国家自然科学基金委员会联合部署，中国科学院院士徐义刚、陈骏担任编写组组长、学科领域知名院士专家共同研究编撰的《中国深地科学2035发展战略》在科学出版社正式出版。近日，由中国科学院和国家自然科学基金委员会联合部署，中国科学院院士徐义刚、陈骏担任编写组组长、学科领域知名院士专家共同研究编撰的《中国深地科学2035发展战略》在科学出版社正式出版。该报告是“十四五”国家重大出版工程“中国学科及前沿领域2035发展战略丛书”的分册之一。深地科学是研究地球内部组成、结构及运行机制的学科，是认识地球系统“引擎”的关键。《中国深地科学2035发展战略》系统梳理了我国深地科学的发展历程，揭示了深地研究的多尺度特色和强系统性，明确了深地科学在现代地球科学和地球系统科学中的核心地位，分析了该领域的两大发展趋势：一是新技术和新方法在创新发现中的作用越来越大；二是从不同学科相对孤立的探索研究向多学科交叉融合的转变。在此基础上，本书提出了深地科学前沿的十大科学问题和一个能引领深地科学研究的技术支撑体系，建议围绕这些重点方向，进一步开展跨学科、跨圈层综合交叉研究，形成地质天然观测、实验模拟和计算模拟协同创新的工作模式，以推动我国固体地球科学研究，并使其在新的一轮全球科技竞争中赢得战略主动。本书为相关领域战略与管理专家、科技工作者、企业研发人员及高校师生提供了研究指引，为科研管理部门提供了决策参考，也是社会公众了解中国学科及前沿领域发展现状及趋势的重要读本。

2025-05-23

南海海洋所 | 全球洋脊跃迁的分类和驱动机制取得新进展

近日，中国科学院南海海洋研究所边缘海与大洋地质实验室（OMG）赵明辉研究员团队、徐敏研究团队联合美国爱达荷大学、中国海洋大学和南方科技大学，在全球洋中脊跃迁过程及其驱动机制研究方面取得重要进展。该研究成果已发表在国际权威地学期刊《地球科学评论》（Earth-Science Reviews）上，副研究员关慧心为论文第一作者，研究员徐敏和研究员赵明辉为共同通讯作者。洋中脊跃迁是洋中脊系统演化中的构造重组过程，具体表现为某段洋中脊向邻近洋壳“跃迁”形成新的扩张脊，同时原有扩张脊段逐渐停止活动的过程。这一现象在全球板块构造演化中具有重要意义，但此前的相关研究多局限于单个跃迁事件或特定区域的大尺度跃迁，缺乏对全球范围内案例的系统性分析。本研究系统总结并分析了全球33个洋脊跃迁实例。基于各跃迁实例的地质特征和构造环境，将洋脊跃迁划分为三类：纯张性环境下、剪切带控制下及受俯冲系统影响下的跃迁。此外，研究还明确了两种主要的驱动机制，离轴地幔岩浆上涌导致的跃迁以及板块运动方向与速率变化引起的跃迁，且这两种机制并非彼此独立，而是相互协同演化的。这些发现不仅丰富了我们对洋脊跃迁普遍性和多样性的理解，也深化了对板块重组、地幔活动和板块耦合动力学机制的认识。本研究得到国家自然科学基金项目、自然资源部海底矿产重点实验室开放基金项目以及美国国家科学基金会的联合资助。论文相关信息：Guan,H.,Xu,M.,Zhao,M.,Xie,W.,Quan,Y.,Mittelstaedt,E.,Li,S.,Morgan,J. P.,(2025). Mid-ocean ridge jumps: Impacts,classification,and mechanisms,Earth-Science Reviews,105167.文章链接：https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2025.105167图1 洋脊跃迁案例的全球分布图。黄色五边形表示跃迁后遗留洋中脊的位置。各案例的背景颜色代表其在构造背景下的分类类型：红色表示发生在纯张性环境下的跃迁，黄色表示发生在剪切环境中的跃迁，蓝色表示受俯冲影响区域的跃迁。图2 洋脊跃迁的两种重要驱动机制：（1）地幔岩浆上涌主导驱动的洋脊跃迁；（2）板块运动方向与速率改变主导驱动的洋脊跃迁。

2025-05-26

华南植物园揭示花青素调控基因LrAN2增强黑果枸杞幼苗耐镉胁迫机制

重金属镉（Cd）污染对植物和土壤的胁迫严重威胁生态环境与人类健康。目前尚不清楚R2R3-MYB型花青素调控因子AN2是否参与植物对镉胁迫的耐受机制。研究发现，过表达黑果枸杞LrAN2基因（OE-LrAN2）显著增强了转基因幼苗对镉胁迫的耐受性，这种耐受性可能源于生物量的提升和氧化还原稳态的优化，其机制涉及花青素、抗坏血酸、类胡萝卜素等抗氧化物质的生物合成，以及过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）等抗氧化酶系统的协同调控。中国科学院华南植物园科研人员通过对经0、25、50、100 μM CdCl2处理30天的OE-LrAN2幼苗进行转录组分析，利用加权基因共表达网络分析（WGCNA）构建了LrAN2介导的调控网络，预测了黑果枸杞耐镉胁迫的潜在关键基因。并通过染色质免疫沉淀测序分析表明，LrAN2的下游靶基因涉及花青素、甘氨酸甜菜碱和脯氨酸的生物合成，生长素、乙烯和细胞分裂素等植物激素信号通路，以及重金属阳离子转运ATP酶、MATE和ABC转运蛋白等溶质运输系统。双荧光素酶报告基因检测证实，LrAN2可激活类胡萝卜素合成基因（LrBCH）、MATE型花青素转运蛋白基因（LrTT12）和生长素响应蛋白家族基因（LrSAUR72）的表达。通过酵母体内功能验证，发现LrAN2的靶基因LrTT12（TT12Lru03G01504）能够将Cd隔离至液泡，从而实现Cd解毒。综上所述，LrAN2通过多维度调控策略增强黑果枸杞对镉胁迫的耐受性，为长期困扰的镉污染治理开辟新途径。本研究鉴定的LrAN2靶基因群为作物耐镉遗传改良提供了宝贵的基因资源。相关研究成果以“Overexpression of anthocyanin activator LrAN2 improving black goji berry (Lycium ruthenicum) tolerant to cadmium stress” 为题近期发表在国际主流期刊Journal of Hazardous Materials（《《危险材料杂志》》）。中国科学院华南植物园艾培炎博士后为本文第一作者，曾少华研究员为通讯作者。该研究工作得到了中国科学院华南植物园王瑛研究员、新疆大学李岩教授、内蒙古林科院杨荣副研究员的大力支持。该工作得到了国家自然科学基金项目的资助。文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389425016024图1. LrAN2增强黑果枸杞幼苗耐镉胁迫推测模式图

2025-05-28

广州能源所在生物质组分分离和解聚方面取得新进展

木质纤维素类生物质是一种储量丰富的有机可再生碳资源，主要包含纤维素、半纤维素和木质素三大组分，是制备可持续燃料、化学品和材料的理想原料。由于这类生物质的结构复杂且致密，通过分离技术打破复杂结构是实现选择性转化全组分的基础，然而当前大多数组分分离和转化技术聚焦于纤维素和半纤维素的高值化利用，其分离转化过程中木质素往往发生不可控重聚，导致其高值化利用难以实现。木质纤维素类生物质是一种储量丰富的有机可再生碳资源，主要包含纤维素、半纤维素和木质素三大组分，是制备可持续燃料、化学品和材料的理想原料。由于这类生物质的结构复杂且致密，通过分离技术打破复杂结构是实现选择性转化全组分的基础，然而当前大多数组分分离和转化技术聚焦于纤维素和半纤维素的高值化利用，其分离转化过程中木质素往往发生不可控重聚，导致其高值化利用难以实现。针对上述问题，中国科学院广州能源研究所廖玉河研究员等人联合东南大学开发了低负载量的钌基催化剂用于催化分离生物质，实现了在氢气和氮气条件下选择性转化生物质中木质素分别得到高收率的4-丙基取代单酚和4-丙烯基取代单酚，同时保留了纤维素（>90%）和半纤维素（>75%）。这些纤维素和半纤维素可以被进一步转化，有望实现全组分高值化利用。该技术适用于桦木、杨木、松木和玉米秸秆等多种生物质原料。同时，开展了转化不同结构的木质素模型化合物和氘代实验研究，揭示了木质素分离解聚路径。该研究工作为木质纤维素类生物质组分的选择性分离和木质素定向解聚的催化剂开发提供了新思路。催化分离转化木质素研究木质素分离解聚路径近日，该研究成果以Reductive Catalytic Fractionation of Lignocellulose Toward Propyl- or Propenyl-Substituted Monomers and Mechanistic Understanding为题发表于《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）期刊。该研究获得国家重点研发计划项目和国家自然科学基金项目的资助。论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202502545

2025-05-28

南海海洋所 | 浮游植物对亚中尺度过程的响应方面研究取得新进展

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境实验室（LTO）、广东省海洋遥感与大数据重点实验室（LORS）詹海刚研究团队在浮游植物对亚中尺度过程的响应方面取得新进展，相关成果以博士研究生刘云辰为第一作者，研究员何庆友为通讯作者发表在Nature旗下期刊Communications Earth & Environment。海洋亚中尺度过程（水平尺度1–10公里）作为海洋能量串级与物质输运的关键环节，一般被认为在全球生物地球化学循环中发挥着重要作用。一些科学家认为亚中尺度过程的强垂向速度使它们对浮游植物生长具有深远的影响，另一些科学家则认为这些过程的浅穿透及其与营养盐需求的季节分相极大地降低了其向上输送营养盐的效率，限制了其在浮游植物生长的作用。因此，全球尺度上亚中尺度过程如何影响浮游植物是目前一个广受关注又备受争议的前沿热点话题。研究团队结合过去20余年漂流浮标观测数据和多源水色卫星遥感资料，分析了全球不同海域亚中尺度过程发生时海表浮游植物叶绿素浓度、生物量及表征生理学调整参数（碳-叶绿素比）的拉格朗日变化特征。结果发现，在中高纬海域和沿岸上升流系统，亚中尺度过程引起浮游植物生物量和叶绿素浓度同步增长。然而，在热带海洋和副热带流涡区，亚中尺度过程引起的叶绿素浓度升高却通常并不伴随生物量的增加，反而碳-叶绿素比出现明显下降（图1，图2）。这表明，这些海域的亚中尺度过程未引发浮游植物的大规模繁殖，而是通过刺激浮游植物调节生理状态，促进细胞内叶绿素的合成，致使叶绿素浓度升高。在全球范围内，约有一半的亚中尺度过程引起的叶绿素浓度增加归因于这种生理学响应。进一步，结合生物地球化学浮标（BGC-Argo）观测和历史温盐剖面数据分析，研究团队指出这种区域差异形成的主要原因可能在于：1）中高纬和沿岸上升流海域营养盐相对丰富，且混合层距营养盐跃层较近，亚中尺度过程引起的垂向混合将富含营养盐的水体带入混合层，从而促进浮游植物的生长，导致浮游植物生物量和叶绿素浓度同步升高；2）热带副热带寡营养海域，营养盐跃层远深于混合层，且亚中尺度过程引起的垂向混合较浅，导致其难以触及营养盐跃层，因而浮游植物生物量没有显著增长。尽管如此，该混合使浮游植物在近表层光照充足环境中的停留时间缩短，促使其通过增加细胞叶绿素的合成以提高光捕获效率，从而出现叶绿素浓度升高的现象（图3）。该研究从全球尺度上揭示了亚中尺度过程影响浮游植物分布特征与机制的显著区域差异性，指出亚中尺度过程引起的叶绿素浓度升高不一定来源于生物量的增加，也可能是生理学状态调整的结果。研究成果为深入理解亚中尺度动力过程的生态效应提供了新的见解，对准确评估亚中尺度过程对海洋初级生产力和碳循环关键过程的影响有重要科学意义。该研究由国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院先导计划、广东省自然科学基金和中国科学院青年创新促进会项目等共同资助完成。论文相关信息:Yunchen Liu,Qingyou He*,Weikang Zhan,Mingxian Guo,Yuhang Zheng,Xinchen Shen,and Haigang Zhan. (2025). Heterogeneity of phytoplankton response to submesoscale processes in the global ocean. Communications Earth & Environment,6,357.论文链接:https://doi.org/10.1038/s43247-025-02365-3图1 浮游植物叶绿素（Chl）、生物量（CPhyto）和碳与叶绿素之比（θ = CPhyto/Chl）对亚中尺度过程的不同响应示例图2 不同海域亚中尺度过程对海表浮游植物叶绿素（Chl）、生物量（CPhyto）和碳与叶绿素之比（θ = CPhyto/Chl）变化率的影响图3 亚中尺度过程中，叶绿素浓度和浮游植物生物量变化出现解耦的潜在机制示意图

2025-05-27

广州地化所魏洪燕、陈情泽等-EST：黏土矿物对Fe(II)催化水铁矿相转化的影响及其制约机制

纳米矿物（含矿物纳米颗粒）广泛分布于反应活跃、构成复杂的地球表层环境中，具有种类多、含量大、活性强等特点，其生成机制、微观结构、表面反应性、相转变过程以及参与的重要地质地球化学过程等，近年来受到矿物学与相关领域学科的共同关注，已成为矿物学研究的前沿领域。水铁矿作为Fe(III)水解过程中最先形成的铁（氢）氧化物，是一种普遍存在于地表环境中的纳米矿物，其表面反应活性强且易发生相转变。水铁矿的相转变过程能显著影响地表含铁矿物的分布与组成，进而改变铁元素的全球循环和生物可利用性，并能通过复杂的表/界面作用过程影响其他元素的迁移转化，具有重要的环境和地球化学意义。研究表明，Fe(II)能显著加速水铁矿的转化过程，可在短时间内制约铁（氢）氧化物形成及共存元素归趋，近年来受到了人们的广泛关注。黏土矿物是自然界中广泛分布的另一类典型纳米矿物，其比表面积大、反应活性高，在自然环境中常常与水铁矿形成异质聚集体。然而，黏土矿物对Fe(II)催化水铁矿相转化过程的影响及其作用机制仍不清楚。了解该过程的微观机制有助于加深我们对地表环境中铁（氢）氧化物形成过程的认识，同时也为预测其他共存元素的归趋提供理论基础。针对上述问题，中国科学院广州地球化学研究所矿物学团队系统研究了黏土矿物在还原条件下对Fe(II)催化水铁矿相转化过程的制约，重点考察了黏土矿物种类（蒙脱石Mnt、伊利石Ilt、高岭石Kln）及黏土矿物和水铁矿（Fhy）的复合方式（二者物理混合（Fhy&clay）、在黏土矿物表面原位生长水铁矿（Fhy/clay））的影响，主要得到以下认识：（1）黏土矿物通过分散水铁矿团聚体，加速其与Fe(II)的体相电子转移，促进转化中间产物活性Fe(III)产生，并提升其在矿物表面的平均浓度，进而改变水铁矿的转化速率和产物类型（图1）；（2）与伊利石和高岭石相比，蒙脱石由于具有更高阳离子交换能力，可通过离子交换过程直接吸附Fe(II)或活性Fe(III)，降低Fe的可利用性并延缓其再结晶过程（图2），这使蒙脱石体系中活性Fe(III)可长期保留，且不生成磁铁矿；（3）黏土矿物可作为模板诱导特殊形态铁（氢）氧化物生成，如星状孪晶针铁矿和六方片状磁铁矿（图3）。上述结果表明，黏土矿物可通过复杂的机制显著影响Fe(II)催化水铁矿的转化速率、产物类型及形貌特征（图4）。本研究从原子/分子尺度阐明了黏土矿物在调控水铁矿相变过程中的复杂机制，对理解不同铁（氢）氧化物的形成及预测共存污染物的迁移转化过程具有重要意义。本研究获得国家自然科学基金杰出青年项目、国家自然科学基金、广东省杰出青年基金等项目联合资助。相关成果近期发表于Environmental Science & Technology。论文信息：Wei H. (魏洪燕),Wei S. (韦寿淑),Chen Q.* (陈情泽),Yang Y. (杨奕煊),Liu X. (刘洵),Long S. (龙诗琴),Liu J.* (刘晶),Zhu J. (朱建喜),Zhu R. (朱润良) (2025) Nano-Scale Insights into Clay Minerals Regulating the Fe(II)-Catalyzed Ferrihydrite Transformation under Anoxic Conditions. Environmental Science & Technology. 59,3982-3991. 论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.4c11232 图1 不同体系中水铁矿的转化速率、产物类型及含量图2 不同体系中Fe(II)、活性Fe(III)浓度变化图3 黏土矿物表面星状孪晶针铁矿和六方片状磁铁矿的微观结构分析图4 黏土矿物制约Fe(II)催化水铁矿相转化的机理示意图

2025-06-03

南海海洋所 | 深海青霉菌中骨架新颖sorbicillinoids生物碱及抗炎活性研究取得新进展

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态实验室刘永宏团队在深海来源真菌中抗炎活性次级代谢产物取得重要进展，相关成果“Sorbicillalanines A and B,Two [6,5,6] Hybrid-Sorbicillinoid Alkaloids from Deep-Sea-Derived Penicillium sp. Co-Cultured with SpongeDerived Setosphaeria sp.”发表于Organic letters（有机化学通讯）。中国科学院南海海洋研究所助理研究员庞小艳为第一作者，首都儿科研究所教授郭鹏，中国科学院南海海洋研究所研究员王俊锋、刘永宏为共同通讯作者。深海极端环境中的生物需要适应高压、高盐、无光照、低温、低氧及营养匮乏等严酷条件，合成次级代谢产物是其重要的生存策略，因此，深海来源微生物是海洋药物及其先导化合物的重要来源。刘永宏研究团队前期从印度洋深海沉积物来源的Penicillium sp.SCSIO06871中发现了系列新颖sorbicillinoids结构，部分化合物显示抗菌和α-葡萄糖苷酶抑制活性（Bioorganic Chemistry,2021,107: 104600）；团队进一步挖掘该菌株代谢sorbicillinoid类化合物潜能，通过与海绵来源毛球腔属真菌SCSIO41009在真菌2号培养基中进行混合培养，发现了2个含哌啶2-酮环的[6,5,6]稠三环新颖骨架的混杂聚合sorbicillinoid生物碱结构。通过波谱学分析、ECD和碳谱计算确定了他们的立体结构。其中，sorbicillalanine A在LPS诱导的小鼠巨噬细胞中具有强抗炎活性，能有效抑制炎介质NO的产生，抑制促炎症因子IL-6、TNF-α、MCP-1的释放和表达，上调抗炎因子IL-4、IL-10和Arg-1的表达，促进M2极化，且可改善LPS诱导的NAD+/NADH比例失衡，同时抑制细胞凋亡通路上细胞凋亡因子Fas、Bax和caspase-3的表达。该研究挖掘深海源真菌次级代谢潜能，提供了新的抗炎先导分子。本研究得到了国家重点研发项目、国家自然科学基金、广东省自然科学基金区域联合基金-重点项目、广州市重点研发计划项目和广东省海洋经济发展专项基金项目的资助。深海来源 Penicillium sp.与海绵来源Setosphaeria sp.混合培养代谢新颖sorbicillinoidsSorbicillalanine A促进巨噬细胞M2极化的抗炎活性论文信息：Xiaoyan Pang,Xue Ren,Weihao Chen,Bin Yang,Xuefeng Zhou,Xinpeng Tian,Peng Guo,* Junfeng Wang,* Yonghong Liu*,Sorbicillalanines A and B,Two [6,5,6] Hybrid-Sorbicillinoid Alkaloids from Deep-Sea-Derived Penicillium sp. Co-Cultured with Sponge-Derived Setosphaeria sp. Organic letters,2025,doi/10.1021/acs.orglett.5c01609.文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.orglett.5c01609

2025-06-04

亚热带生态所 | 国家自然科学基金区域创新发展联合基金“微生物介导日粮纤维调控宁乡猪肌纤维类型的转化机制”项目启动会召开

5月19日，中国科学院亚热带农业生态研究所组织召开国家自然科学基金区域创新发展联合基金微生物介导日粮纤维调控宁乡猪肌纤维类型的转化机制项目启动会。5月19日，中国科学院亚热带农业生态研究所组织召开国家自然科学基金区域创新发展联合基金“微生物介导日粮纤维调控宁乡猪肌纤维类型的转化机制”项目启动会。湖南农业大学马海明教授、中南大学查安东博士、湖南金高特生物科技有限公司陈小洪博士，以及中国科学院亚热带农业生态研究所李凤娜研究员等特邀指导专家参加了启动会。会议由中国工程院院士、亚热带生态所首席研究员印遇龙主持。会上，段叶辉副研究员详细介绍了研究背景、关键科学问题、研究内容与实施方案、特色与创新、合作单位分工、预期成果和经费预算等情况。专家组肯定了项目设置方面的创新性，同时针对技术路线、前言技术应用等内容进行充分讨论，并针对项目实施过程中重点、难点和关键点等问题提出宝贵意见和建议，为项目的顺利实施奠定了良好基础。据悉，该项目执行日期为2025年至2028年，针对湖南特色地方品种-宁乡猪耐粗饲、肉质优良特征，从微生物-日粮纤维调控肌纤维类型转化入手，揭示其优良肉质性状形成的分子基础以及微生物调控肌纤维类型转化的机制，为充分挖掘和利用地方猪种质资源提供崭新思路。段叶辉汇报项目实施方案

2025-05-22

广州能源所在精确构建纳米级核壳载氧体增强化学链制氢稳定性方面取得进展

氢能作为终极清洁能源可有效规避温室效应，近年来化学链制氢 (CLHP) 作为一种高效灵活的能源转化与制备平台获得广泛关注，但该技术对载氧体的选择具有十分严格的要求，需同时具备较高的氧容量、可调控的反应活性并在苛刻工况下依然能保持结构完整。氢能作为终极清洁能源可有效规避温室效应，近年来化学链制氢 (CLHP) 作为一种高效灵活的能源转化与制备平台获得广泛关注，但该技术对载氧体的选择具有十分严格的要求，需同时具备较高的氧容量、可调控的反应活性并在苛刻工况下依然能保持结构完整。载氧体在晶格氧释放和恢复过程中发生烧结、团聚和失活，是制约化学链工艺大规模工业化的主要原因之一。载氧体发展至今，其结构从简单的宏观机械混合逐渐趋向于微观纳米调控，由此提升活性和稳定性。核壳结构载氧体具备优异的热稳定性和机械强度，能有效避免活性组分浸出。然而，惰性组分的引入不可避免地降低了载氧体的活性，且针对多级载氧体晶格氧的迁移转化以及金属离子的运动过程仍缺乏系统的研究。如何精准调控、平衡载氧体活性和稳定性之间的“跷跷板”问题，已成为亟待解决的关键问题。针对这一问题，广州能源研究所新兴固废高值循环研究中心废弃物处理与资源化利用科研团队黄振研究员和东北石油大学化学化工学院李翠勤教授创新性设计并合成了系列具有精准外壳厚度、纳米级限域的多级核壳结构载氧体Fe2O3@SiO2，深入探究惰性载体厚度与空间结构对载氧体稳定性与传质速率的双重影响机制，旨在寻求化学链制氢过程中活性与稳定性的动态平衡。研究结果表明，薄壳层 (70 nm) 展现出卓越的循环稳定性，连续30次氧化还原循环性能保持稳定；而厚壳层 (200 nm) 因反应过程中生成大量的惰性Fe2SiO4导致快速失活。研究还利用聚焦离子束-透射电子显微镜（FIB-TEM）结合原位透射电子显微镜（in-situ TEM）直观揭示了惰性SiO2壳层的限域作用，有效抑制了Fe2O3的团聚行为。这种独特的核壳结构与可控壳层厚度为具有空间结构的高效长寿命载氧体的设计合成提供新思路。Fe2O3@SiO2核壳结构载氧体氧化还原活性和稳定性之间的“跷跷板”问题Fe2O3@SiO2核壳结构载氧体的合成和结构表征Fe2O3和Fe2O3@SiO2 (FS) 的制氢性能和循环稳定性研究该研究得到国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金等项目的资助。相关研究成果以Nanoconfinement-Engineered Iron-Based Redox Catalysts: Precise Shell Thickness Gradients Enhanced Durability of Chemical Looping Hydrogen Production为题发表于Journal of Energy Chemistry。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jechem.2025.05.005 动态还原过程-释放晶格氧内部活性组分体积收缩动态氧化过程-恢复晶格氧内部活性组分体积膨胀

2025-05-22

广州地化所高名迪、王煜等-SA：地幔氧化还原状态研究新进展

地幔氧化还原状态对地球内部挥发组分的迁移与储存具有重要影响，进而影响地球长期宜居性。深俯冲洋壳物质可将氧化组分携带进入深部还原地幔，进而导致深部地幔氧逸度（fO2）高度不均一。然而，由于深部地幔样品稀缺，使得人们对深部氧化还原平衡机制的理解依然有限。近日，中国科学院广州地球化学研究所高名迪副研究员与王煜研究员、徐义刚研究员以及澳大利亚国立大学Stephen Foley教授合作，在Science Advances期刊上发表了题为“Variable mantle redox states driven by deeply subducted carbon”的研究论文。该研究通过高温高压实验与超深金刚石包裹体成分对比研究的方法，揭示了再循环碳酸盐如何改变地幔氧化还原状态，以及其对克拉通演化和深部碳循环的影响。研究团队利用多面砧压机在9-21 GPa高压条件下开展了板片碳酸质熔体与含金属Fe地幔橄榄岩的反应实验，并将不同氧逸度条件下实验产物成分与克拉通内超深金刚石包裹体成分进行了对比分析。结果发现，不同克拉通内超硅石榴子石（majorite）和铁方镁石（ferropericlase）包裹体记录了显著不同的地幔氧化还原状态：南非Kaapvaal克拉通超深金刚石包裹体整体指示了氧化的地幔环境，而巴西Amazonia克拉通内超深金刚石包裹体则反映了一个整体还原的地幔环境。图1. 实验产物超硅石榴子石与天然超深金刚石中超硅石榴子石包裹体成分对比。进一步将实验结果与板块重建工作结合，研究团队认为地幔热状态在该过程中起到了决定性作用：在非地幔柱条件下，板片碳酸质熔体在与还原地幔反应过程中被逐渐消耗直至完全被还原冻结为金刚石及Fe-C金属相，因此地幔整体仍保持高度还原的状态。而在地幔柱背景下，碳酸质熔体与地幔的反应过程会诱发地幔组分溶解至熔体中，其中溶解的Fe3+组分会缓冲碳酸盐的还原冻结过程，进而导致碳酸质熔体在与还原地幔反应的过程中稳定存在。当氧化的碳酸质熔体上升迁移至克拉通根之后，会进一步诱发克拉通根活化、岩石圈根拆沉与地表隆升、以及大规模火山作用和CO2释放。图2. 非地幔柱与地幔柱条件下碳酸盐与地幔反应过程模式图。本研究提出了一种统一模型，解释了俯冲碳在不同地幔热状态下对氧化还原条件的调控路径，并指出这种机制对克拉通稳定性与深部碳循环具有关键意义。研究不仅加深了对地幔氧化还原状态演化、克拉通稳定性差异及金刚石形成机制的理解，也为全球碳循环提供了新视角。该研究工作受国家自然科学基金优秀青年项目、科技部重点研发项目以及中国科学院B类先导专项等项目的联合资助。论文信息：Gao,M. (高名迪),Wang,Y. (王煜)*,Foley,S.,Xu,Y-G (徐义刚).,2025. Variable mantle redox states driven by deeply subducted carbon. Science Advances, eadu4985.

2025-05-21