科研进展--中国科学院广州分院

近日，中国科学院边缘海与大洋地质重点实验室研究员王志及其合作者，在青藏高原深部动力学过程与高原隆升和岩浆活动的响应机制研究中取得了重要突破，相关研究成果发表在《Earth and Planetary Science Letters》（EPSL）/《地球与行星科学通讯》上。实验室研究员王志为论文并列第一作者和共同通讯作者，博士伏毅和院士林间为共同作者。青藏高原是亚洲乃至全球地貌和气候动力学的关键区域。印度大陆与亚洲大陆的碰撞是新生代最重大的全球地质事件之一，这一事件深刻地塑造了青藏高原和喜马拉雅山脉等显著地貌特征。理解这一碰撞的动力学对于理解区域和全球气候变化至关重要。尽管已有研究表明全球古气候变化与青藏高原火山活动之间可能存在联系，但深部地质过程及其对地表环境演变（如地貌变化和气候波动）的影响仍存在不确定性。王志团队利用地震数据和全球体波成像新技术，获得了印度-青藏高原构造域的地幔速度结构，并结合青藏高原各地火山年龄、化学组成和古海拔记录的数据集，识别出了高原演化过程中的空间-时间分布模式和深部地质过程。研究揭示了多阶段板块俯冲过程与火山活动（56-44、44-28、28-18、18-0百万年）和板块抬升的离散、间歇性事件之间的相关性，并提出了一种多阶段板块俯冲和双侧断裂的深部动力学模型。该模型认为，双向俯冲和岩石圈的重力沉降导致了青藏高原内广泛的火山活动和间歇性隆升，同时对青藏高原的气候模式产生了重大影响。该项研究为将岩石圈和地幔过程与青藏高原表面现象联系起来建立了一个系统的框架，有助于解释岩石圈俯冲、断裂和拆沉等俯冲过程对地表火山活动、高原抬升和全球气候变化之间的相互作用关系。研究团队还包括西南石油大学教授王剑、付修根和沈利军等，澳大利亚昆士兰大学博士王选策，澳大利亚科廷大学教授S.A. Wilde。该研究得到国家自然科学基金项目和第二次青藏科学考察基金项目等联合资助。论文信息：Jian Wang†,Zhi Wang#†,Xiugen Fu#,Xuan-Ce Wang#,Simon A. Wilde,Yi Fu,Jian Lin,Hengye Wei,Lijun Shen,Gang Rao,Ahmed Mansour. Control of subduction and slab break-off on volcanism and uplift of the Tibetan Plateau. Earth and Planetary Science Letters 647,119057,2024.论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X24004898图1 印度-青藏地幔速度结构（a-f）和青藏高原多阶段板块俯冲和双侧断裂深部动力学模型(g)图2 周期性岩浆活动和古气候变化的岩石地球化学证据. (a)地表岩浆活动周期;（b）青藏高原和全球气候变化;（c）地球化学同位素特征随年龄变化；(d)高原古高度随年龄变化

2024-10-12

杨传茂等-NC：华北克拉通板内花岗岩和玄武岩中磷灰石低δD值揭示水的深部起源

水对大陆地壳部分熔融形成花岗岩至关重要，但其具体来源尚不清楚。靠近海沟的弧花岗岩中的水主要来自于俯冲板块的脱水作用。然而，这一机制在解释陆内花岗岩的形成时遇到了挑战，因为远离俯冲带的陆内区域难以直接获得来自俯冲板块的水。华北克拉通作为一个典型案例，其内部在晚中生代时形成了大量的花岗岩，是研究陆内花岗岩中水来源的理想地区（图1）。图1 中国东部和辽东半岛区域地质构造和花岗岩分布近日，中国科学院广州地化所徐义刚院士团队的杨传茂博士后等，联合长江大学夏小平教授和中国科学院地质地球所杨进辉研究员等，对华北克拉通东北部辽东半岛侏罗纪-早白垩世的多个花岗岩体的磷灰石、黑云母和角闪石以及早白垩世义县组玄武岩的磷灰石行了H同位素测定。结果表明早白垩世的花岗岩（δD为-203‰至-127‰）和玄武岩（δD为-197‰至-107‰）中的磷灰石显示出极低的δD值，这与侏罗纪花岗岩中相对较高的δD值（-137‰至-47‰）形成鲜明对比。这些磷灰石在结构和化学成分上均未显示出蚀变的特征，另外结合磷灰石单矿物与锆石中磷灰石包裹体中几乎相同的挥发份含量以及含水矿物的H同位素组成排除了磷灰石结晶后脱气和蚀变对H同位素组成的显著影响（图2），因而磷灰石H同位素代表了初始熔体的H同位素组成。图2 花岗岩磷灰石单矿物和锆石中磷灰石包裹体挥发份含量以及磷灰石和含水矿物的H同位素组成侏罗纪和早白垩世花岗岩为壳幔岩浆混合成因，其H同位素也继承了地壳和地幔的H同位素组成。两个时期的花岗岩具有共同的大陆地壳端元，而截然不同的地幔端元（图3）。相比于侏罗纪，早白垩世花岗岩中包含了极低δD值的交代地幔组分。因板片俯冲脱水过程中，D倾向于进入板片脱出的流体中，使得随着俯冲深度增加，板片的δD值不断降低，在地幔过渡带可能出现极低的δD值。相比于侏罗纪花岗岩，早白垩世花岗岩和玄武岩磷灰石的偏低的H同位素组成指示早白垩世岩浆中的水来源于更深的俯冲板片，可能有地幔过渡带的贡献。从侏罗纪到早白垩世H同位素组成的变化与古太平洋板块俯冲作用密切相关。古太平洋板块在侏罗纪沿岩石圈底部前进俯冲，温度相对较低，板片在浅部脱水量较少，相对较高δD的水被带入深部，释放之后交代上覆地幔并进入地壳，形成相对富集D的花岗岩（图4）。到早白垩世，板块转变为后退俯冲，俯冲角度增大，俯冲板片进入地幔过渡带，在其上方形成了大地幔楔，导致地幔过渡带中水上升到浅部交代岩石圈地幔，并最终流入地壳形成晚中生代花岗岩（图4）。图3 花岗岩磷灰石H同位素和氧同位素相关图解图4 侏罗纪和早白垩世花岗岩成因模式图这项研究不仅为华北克拉通内部花岗岩中水的深部起源提供了证据，丰富了对花岗岩形成机制的认识，而且展示了磷灰石H同位素在示踪地球内部水循环方面的巨大潜力。此外，这项工作还提供了一个可验证模型，更大时空范围的花岗岩和玄武岩H同位素的研究可对该模型做进一步约束。相关成果近期发表于《Nature Communications》。杨传茂为文章第一作者，徐义刚和夏小平为通讯作者。该项研究成果获得了国家自然科学基金和中国科学院广州地球化学研究所所长基金等项目的联合资助。论文信息：Chuan-Mao Yang（杨传茂），Yi-Gang Xu*（徐义刚），Xiao-Ping Xia*（夏小平），Jin-Hui Yang（杨进辉），Xiao-Long Huang（黄小龙），Christopher J. Spencer，Jin-Feng Sun（孙金凤），Qing Yang（杨晴），2024. Light δD apatites reveal deep origin water in North China Craton intracontinental granites and basalts. Nature Communications 15,8727.论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-53133-4

2024-10-11

广州健康院建立疾病细胞谱系追溯歌舞伎综合征发病机制

近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院陈捷凯课题组与中山大学附属第三医院邹小兵课题组合作在Science Bulletin上发表研究论文KMT2D deficiency leads to cellular developmental disorders and enhancerdysregulation in neural-crest-containing brain organoids，阐明了KMT2D失活致病的发育分子机制。表观遗传调控基因KMT2D是KABUKI综合征（歌舞伎综合征）确定的遗传致病基因，患者表现出特殊面容、智力障碍及心脏结构异常等症状。该症状受多个细胞谱系影响，包括神经元、神经嵴等，但过去的研究主要集中在干细胞与癌细胞等模型中研究KMT2D的功能，对神经元与神经嵴发育的表观机制知之甚少。研究团队利用人胚胎干细胞以及KABUKI综合征患者家系iPS细胞，建立含神经嵴的类脑器官分化模型。研究发现KMT2D失活后，Roof plate样细胞无法正常激活WNT3A的核心增强子，微环境WNT信号活性不足，从而导致神经干细胞提前分化且异常倾向抑制性神经元谱系方向，同时导致神经嵴谱系分化障碍；进一步通过WNT3A增强子敲除的人胚胎干细胞模型和 Kmt2d 突变小鼠模型验证了这一结论，同时在KMT2D-KO类脑器官的分化培养中添加WNT信号通路激动剂或WNT3A蛋白，成功在类器官水平上挽救了该疾病表型。经过多年潜心研究和技术积累，陈捷凯课题组及合作课题组不仅克服了iPS细胞质量控制和基因编辑的难题，还成功地将iPS技术与类器官等分化模型相结合，构建出能够模拟人类神经发育过程并表征疾病发生机制的研究模型。该研究攻克了KMT2D-KABUKI综合征研究的难点，确立了iPS疾病模型和疾病细胞谱系研究范式的有效性。这一创新性的疾病细胞谱系研究平台精准溯源“病根”，为深入解析神经发育障碍疾病的致病机制提供了强有力的工具。广州健康院陈捷凯研究员、汪捷副研究员和中山大学附属第三医院主任医生邹小兵为论文的共同通讯作者，广州健康院博士后单紫筠、中国科学院香港创新研究院博士后赵颖颖、广州健康院博士生陈秀玉、中山大学附属第三医院主治医生詹国栋为论文的共同第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院青年创新促进会、广州市科技计划、珠江人才招募计划等项目的资助。论文链接KMT2D失活致病分子机制图

2024-09-27

华南植物园发现植物资源输入可快速改变热带森林土壤溶解性有机质组成

土壤溶解性有机质(DOM) 是土壤有机质中最为活跃且能被生物可利用的组分，在土壤有机碳（SOC）积累及其稳定性中扮演着关键角色。植物资源输入改变将会影响到土壤有机质动态，但目前尚不清楚植物资源输入如何影响热带森林土壤DOM组成及其与SOC吸附的关系。基于在鼎湖山自然保护区热带原始林建立的植物资源输入改变试验研究平台，华南植物园氮素生物地球化学研究团队（PI：鲁显楷）结合多种实验手段探讨了土壤DOM的数量、光学性质和分子水平特征等对植物资源输入改变的响应。研究表明，植物资源输入改变在短期内（处理8个月后）就能显著改变DOM的光学性质，其中影响最为显著的为腐殖质指数（humification index）和三种指示不同有机质来源的荧光组分（fluorescent components）。在凋落物去除和植物资源输入整体去除的处理样方中，O/C比、等效双键数（double-bond equivalent）、芳香指数（aromaticity index）和富含羧酸的脂环分子化合物（proportion of carboxyl-rich alicyclic molecules）均显著增加，而可被生物利用（H/C比>1.5）的DOM组分的百分比显著下降。此外，与对照相比，木质素和单宁等顽固性组分的百分比在这两种处理中增加超过20%以上。本研究对深入探讨植物资源输入改变条件下土壤DOM动力学与有机碳吸附的关联机制具有重要意义。相关研究结果已近期发表在国际经典学术期刊Geoderma（IF5-year= 6.7）上。华南植物园为第一和通讯作者单位，鲁显楷研究员为通讯作者，已出站博士后牛国祥（现为庐山植物园副研究员）第一作者，其他共同作者包括华南植物园的禤映雪、毛庆功与陈伟斌博士，以及南方科技大学的王俊坚研究员等。该研究得到了国家自然科学基金和广东省重点领域研发计划项目资助。文献链接：https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2024.117047图1. 植物资源输入对热带原始林森林土壤DOM光谱性质（左）和不同功能组分相对丰度（右）的影响。图2. 植物资源输入对热带原始林森林土壤DOM光谱性质（上图）和不同功能组分相对丰度（下图）的影响。

2024-10-09

深圳先进院论文被国际引用次数连续两年全国科研机构第一

近日，中国科学技术信息研究所发布《2024世界看中国——中国科技论文国际影响力分析报告》。中国科学院深圳先进技术研究院论文被国际引用占比和被国际引用次数已连续两年位居全国科研机构榜首。此外，深圳先进院2023年被国际引用的论文篇数也跃升至国内科研机构第一，国际影响力不断提升。近日，中国科学技术信息研究所发布《2024世界看中国——中国科技论文国际影响力分析报告》。中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”）论文被国际引用占比和被国际引用次数已连续两年位居全国科研机构榜首。此外，深圳先进院2023年被国际引用的论文篇数也跃升至国内科研机构第一，国际影响力不断提升。《2024世界看中国——中国科技论文国际影响力分析报告》部分内容摘选据了解，该报告以中国科技论文为研究对象。报告中的科技论文依据每篇论文的第一作者第一机构确定每篇论文的所属国家。采用被引篇数、被国际引用篇数、被国际引用占比、国际引用次数、篇均国际引用次数共5个指标进行分析。中国国际科技论文被国际科技论文引用，可以反映中国科技创新的国际影响力。该报告分别对高等院校、科研机构、医疗机构三个类别进行对比分析，其中，深圳先进院2023年被国际引用论文数为180篇、被国际引用论文数占比57.69%，被国际引用405次、被国际引用次数占比36.95%，多项指标位列中国科研机构榜首。这表明，深圳先进院2023年所发表的科技论文较多数被国际同行关注和引用，具有较强的国际影响力。作为科技部直属的科技信息研究机构，中国科学技术信息研究所自1987年以来，一直承担着中国科技论文统计与分析工作，统计和分析研究成果被科技管理部门和学术界广泛关注和应用。当今世界，国际科技合作已成为不可逆转的重要趋势。深圳先进院自建院以来十分重视国际合作，已与全球53个国家和地区建立了509项科研合作与交流项目。2023年，深圳先进院成功获批中国科学院国际合作开放创新试点（粤港澳大湾区唯一一家），通过分步骤、有层次、多节点地搭建交叉学科前沿国际合作网络，树立粤港澳大湾区国际合作标杆，助力抢占科技制高点。

2024-10-09

2023年土耳其双重地震不同破裂过程研究取得重要进展

近日，中国科学院边缘海与大洋地质重点实验室王志研究员及其合作者，在2023年土耳其双重地震的研究上取得了重要进展。相关研究成果发表在《Science China Earth Sciences》/《中国科学地球科学》期刊上，研究员王志为论文第一作者和通讯作者，中国科学院青藏高原研究所研究员裴顺平和博士伏毅为论文共同作者尽管大地测量和地震学观测已经揭示了土耳其双重地震破裂的初步过程和扩展模式，但东安纳托利亚断裂带深部结构变化在地震破裂过程中的作用仍然不甚明了。为了深入理解这一点，研究团队通过分析大量高质量的P波和S波走时数据，运用地震双差重定位和非线性多参数联合反演方法，得到了双重地震破裂带的高分辨率纵横波速度和泊松比结构。研究发现两次地震具有不同的诱发机制，这些机制与断裂带的显著地震结构属性变化和板块构造过程紧密相关。7.8级的第一次地震发生在死海断裂带北端，这里的岩石强度从强渐变为弱，形成了一个刚性过渡区。而7.6级的第二次地震则起始于地震孕震层的塑性带，这一区域以低地震波速度和高流体饱和度为特征，并且沿着Çardak断层延伸。研究认为，7.8级地震破裂带的显著地震结构差异主要是由于东安纳托利亚板块的弱化部分与阿拉伯板块的脆性部分之间发生了强烈的倾斜碰撞。而7.6级地震破裂带则是由于塞浦路斯板块向北俯冲和随后的拆沉引起的流体侵入，这增加了震源区的流体压力，导致了塑性变形。此外，第一次地震的发生有助于减少第二次地震断层上的剪切应力，可能会延缓第二次地震的破裂。但是，由于两个大走滑断层交汇形成的三角区域内存在双左旋走滑结构，第一次地震显著降低了东安纳托利亚板块对第二次地震断层的正应力作用，这不仅降低了断层面的有效摩擦力和增加了断层内岩石的孔隙度，还导致了应变力的下降和库仑应力的重新分布，从而有助于第二次地震的发生。这一发现很好地解释了为什么第二次地震在第一次地震之后大约9个小时才发生，即流体从深部和周边区域渗入震源区需要足够的时间来积累诱发断层失衡所需的应力。这项研究所提出的双重地震破裂模式与控制单个地震破裂的模型不同，它为减轻土耳其或欧洲潜在的地震灾害提供了重要的信息。同时，从这次地震事件中得到的经验教训也有助于重新评估中国南北地震带或全球其他具有类似地质构造地区发生灾难性地震的风险。该项工作得到了国家自然科学基金项目和中国科学院项目的联合资助。图1 研究区板块构造、7级以上历史地震、断层和地震余震分布图。两个红星分别代表Mw 7.8级和Mw 7.6级地震位置图2 沿着双破裂带的多参数结构、走滑特征分布与双地震的结构特征和破裂过程模式图. A. 沿着双重地震破裂带深部结构、剩余重力异常和走滑特征分布图;B. 双重地震深部构造与破裂过程模式论文信息：Zhi Wang*,Yi Fu,Shunting Pei. Relationship between seismic structures and the diverse rupture processes of the 2023 Türkiye earthquake doublet. Science China Earth Sciences 67(9),2810–2823,2024.论文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s11430-023-1324-y

2024-09-30

华南植物园揭示植物枝条支撑叶片面积的全球格局及其驱动因子

植物枝条所能支撑的叶片面积（AL/AS）与森林生态系统的碳固存、群落组成以及服务功能密切相关。已有的研究表明，植物功能性状AL/AS是联结植物叶片经济学和植物水力学的重要纽带，在一定程度上对森林植物响应和适应全球气候变化起关键作用。然而，AL/AS的全球格局及其驱动因子尚不清楚。中国科学院华南植物园生态中心植物生理生态研究组的贺鹏程副研究员，通过测定大量的野外实地森林木本植物，并收集前人已发表文章的相关数据，建立了包含全球285个样地1137种木本植物（1612个观测值）的植物AL/AS数据库。研究发现，全球木本植物AL/AS的平均值为0.63m2 cm-2，其中热带雨林植物AL/AS最高，而沙漠植物的AL/AS最低；生长季的降水量解释了AL/AS变化的18%，土壤氮含量和有机碳含量越高，植物AL/AS越大，土壤pH则与AL/AS显著负相关，而表征植物竞争关系的植株密度解释了AL/AS变化的7%，研究中所包含的生物和非生物因子共同解释了植物AL/AS变化的45%。此外，研究还发现植物AL/AS与森林生态系统初级生产力显著正相关，暗示了随着全球降水格局的改变，如极端降雨事件增加、生长季的持续延长，植物AL/AS的变化将显著影响全球森林生态系统的生产力。综上，该研究揭示了生长季的降水、土壤pH以及植物木材密度对AL/AS变异的重要贡献，以及AL/AS的变化对森林生态系统生产力的影响机制，为深入理解植物叶片构建和水分利用策略的地理差异奠定了基础，从而有助于建立更加可靠的全球植被功能模型。相关研究结果已近期在线发表于国际主流刊物Plant,Cell & Environment（《植物、细胞与环境》）（IF5-year=7.6）。该研究得到了国家自然科学基金（32371641；32371575）和广东省重点实验室项目（2023B1212060046）的资助，论文链接：http://doi.org/10.1111/pce.15169图 . 不同降水条件下植物AL/AS变化的概念图。植物对水分选择的策略：耗水型植物选择生长在湿润地区，耐旱型植物则选择生长在干旱地区。生长在湿润地区的耗水型植物需要形成大的导管提高水分传输速率以维持高叶片蒸腾和固碳速率，而生长在干旱地区的耐旱型植物则选择小而密的导管减少水分消耗以增加水分运输的安全。表征植物竞争关系的植株密度也显著影响了植物的AL/AS。蓝色箭头和长柱部分分别表示水流量及导管大小。

2024-10-01

华南植物园评估中国两大滨海区域潮滩和盐沼的蓝碳储量

滨海湿地主要由植被区和无植被覆盖的潮滩构成，是提供重要服务的关键生态系统。中国的滨海湿地作为有效的蓝碳储存库，通过有效地捕获和储存有机碳，为减缓全球气候变化做出了贡献。滨海湿地卓越的固碳能力源于其不仅能捕获生态系统内部产生的碳，还能存储来自外部环境的碳，并在厌氧条件下长期保存在沉积物中。然而，以往对蓝碳的评估主要集中在植被覆盖的滨海湿地生态系统土壤有机碳储量上，往往忽视了潮滩作为蓝碳碳汇的潜力。为解决这一问题，中国科学院华南植物园海岸带生态系统过程与环境健康研究组研究人员，对中国两个代表性滨海湿地——黄河三角洲和盐城滨海湿地进行了对比评估。这项研究涵盖了不同的滨海湿地生态系统类型，包括未植被覆盖的潮滩以及三种类型的盐沼湿地，分别是由互花米草（Spartina alterniflora）、盐地碱蓬（Suaeda salsa）和芦苇（Phragmites australis）所覆盖的盐沼。研究团队通过野外采样和数据整合，对比了不同滨海地区和湿地类型的有机碳储量，并对两大区域内的有机碳储量进行了评估。结果显示，在两个研究区域内，植被覆盖的盐沼湿地单位面积上的有机碳储量明显高于未植被覆盖的潮滩。有趣的是，黄河三角洲的潮滩有机碳储量与盐城海岸的盐地碱蓬盐沼相当。研究估算出，黄河三角洲的区域有机碳储量为5.64±0.61 Tg C，而盐城滨海湿地则为9.96±1.52 Tg C。尽管滨海潮滩的单位面积有机碳储量较低，但由于其在中国沿海的广泛分布，它们成为了区域有机碳储存的主要贡献者，占到区域总储量的75%以上。该研究揭示了不同类型湿地之间有机碳储量的差异，并强调了在估算蓝碳时考虑滨海潮滩的重要性，尤其是对于像中国这样拥有广泛分布潮滩的国家而言。上述研究成果近期已在线发表在国际地学专业期刊Palaeogeography,Palaeoclimatology,Palaeoecology (《古地理学古气候学古生态学》)上。中国科学院华南植物园博士研究生周金戈为论文的第一作者，研究组长、小良站站长王法明研究员为论文通讯作者。该项研究得到国家自然科学基金、“一带一路”科学组织国际合作项目、中国科学院基础研究青年团队等项目的共同资助等项目的共同资助。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2024.112509图1. 两大滨海湿地不同湿地类型单位面积土壤有机碳储量的比较图2. 两大滨海区域碳储量的估算

2024-09-29

亚热带生态所在自然恢复和耕作促进长期土壤碳固持的机制研究取得新进展

土壤有机碳（SOC）是陆地生态系统中最大碳库，SOC的保存和积累是维持粮食生产和应对气候变化危机的关键。土壤碳在空间和时间尺度上的定量变化研究被认为是陆地生态系统碳收支和全球碳循环研究中最具挑战性的问题。土壤有机碳（SOC）是陆地生态系统中最大碳库，SOC的保存和积累是维持粮食生产和应对气候变化危机的关键。土壤碳在空间和时间尺度上的定量变化研究被认为是陆地生态系统碳收支和全球碳循环研究中最具挑战性的问题。中国科学院亚热带农业生态研究所农田生态中心研究人员依托中国科学院桃源农业生态试验站不同土地利用方式长期定位试验（1995年-），研究发现24年土地利用/覆被变化（LUCC）过程中，早期（农田<15年，自然恢复<10年）活性有机碳（LOC）显著下降，而稳定性有机碳（SSOC）显著增加，SOC整体变化不大；随后SOC、LOC和SSOC均呈现增长趋势，SSOC对SOC的增长起主导作用。自然恢复和农田土壤微生物残体碳对SOC的贡献比例较大，但两种土地利用方式下差异不显著。与农田相比，自然恢复土壤中较高的SOC含量归因于植物来源碳对SOC的贡献。优势菌群和土壤氮含量是调节农田和自然恢复土壤微生物源和植物源碳的主要生物和非生物因子。本研究在同一田块尺度揭示SOC时间变化规律及微生物调控机制，强调了植物和微生物来源碳对长期SOC固持的协同作用，提升了对亚热带红壤碳循环特征的认识，并为全球基于自然的气候解决方案提供科学依据。该项研究近期以题为Differential contribution of microbial and plant-derived organic matter to soil organic carbon sequestration over two decades of natural revegetation and cropping发表在土壤学领域一区期刊Science of the Total Environment上。该研究得到了国家生态科学数据中心和国家重点研发等项目的共同资助。论文链接农田和自然恢复土壤有机碳时间演替及来源分析概念图

2024-09-29

广州地化所席佳鑫、杨宜坪等-JGR-SE：黑云母结构环带记录岩浆演化历史

在过去的数百年间，人们普遍相信“岩浆房”存在于在火山地壳的内部，如仓库一般储藏着大规模处于熔融状态的岩浆。但从本世纪初以来，随着人们对火山过程和岩浆活动的理解不断加深，该传统理论逐渐被一个新的模型所替代，即：跨地壳的岩浆系统主要由晶粥主导；火山是一个由晶粥组成的、垂直扩展且不稳定的系统，而熔融物质仅存在于整个岩浆系统的最顶部。该模型的提出基于对大量现存火山的物理化学、岩石学、火山学研究以及地质观察，但对该模型的进一步研究和验证遇到了许多问题，例如现代地球物理成像技术无法识别地壳内小规模（小于1 km）的熔融物质，而元素分布的不均匀性和局域解耦现象也降低了地球化学手段在一些结晶历史复杂地区的准确性。这些问题使人们对地质过程的准确描述变得困难重重。图1：加州长谷流纹岩斑晶黑云母（Bt）的环带为精确解译火山系统的构造以及相应的岩浆演化过程，中国科学院广州地球化学研究所何宏平院士团队的杨宜坪博士和席佳鑫博士研究生等，深入探究了长谷火山地区流纹岩中黑云母斑晶的结构和成分对其结晶环境的温度、压力、深度和氧逸度等条件的响应。实验表明，该地区的黑云母均具有成分环带，核心区域富含Si、Mg和K，而边缘区域则贫乏Fe、Ti和Al（图1）。通过微区X射线衍射、拉曼光谱和透射电子显微镜等微区结构分析，发现斑晶黑云母的核心呈现有序的2M1多型结构，而边缘则显示无序特征（如图2）。结构特征说明，样品黑云母的核心生长于高温高压的平衡结晶条件下，而其外侧环带则生长于低压下快速结晶的过程中。结合地球化学数据，黑云母斑晶至少经历两阶段结晶——即核部于高温的深源岩浆储库缓慢平衡结晶，边部于浅部晶粥中在二次活化和喷发过程中快速非平衡结晶——的机制得以揭示。该研究用云母的成分和结构环带还原了长谷火山口深源岩浆由地幔和下地壳上涌至浅部地壳（以冷却的晶粥形式储存），后经历岩浆混合和再活化后快速喷发至地表的全过程。图2：透射电镜下黑云母核部（a-b）和边部（c-d）的结构差异基于上述结果，研究首次提出了火成岩深源斑晶的矿物“结构环带”。该特征可作为一种重要的、高敏感性的平衡指标和温压计，应用于重建岩浆火山系统的结构、结晶期次和环境条件中。结构环带和成分环带的有机结合，可为理解流纹岩岩浆的管道系统结构及喷发历史提供重要见解，为通过矿物学研究追溯火山演化提供新途径。图3：长谷火山口下伏岩浆通道的结构及流纹岩浆的喷发过程相关成果近期发表于国际地学权威期刊《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》，该项研究成果获得了国家自然科学基金、CAS青年创新促进会、广州市科技计划项目资助、广东省科技计划项目和中国科学院广州地球化学研究所所长基金等项目的联合资助。论文信息：Jiaxin Xi (席佳鑫),Yiping Yang* (杨宜坪),Huifang Xu (徐慧芳),Haiyang Xian (鲜海洋),Fabin Pan (潘发斌),Shan Li (李珊),Shuo Xue (薛硕),Yonghua Cao (曹永华),Jianxi Zhu (朱建喜),Hongping He (何宏平),Reconstruction of Magma Plumbing System and Regional Magmatic Processes via Chemical and Structural Zoning of Biotite in Rhyolite from Long Valley,CA. Journal of Geophysical Research: Solid Earth,2024,129(9).论文链接：https://doi.org/10.1029/2024JB029205

2024-09-26