基于数据科学方法的岩石行星地幔储水能力的研究:地球、火星和系外行星

名义无水矿物(NAMs)是岩石行星地幔中水的主要载体,研究地幔中主要NAMs的水溶解度可以帮助我们估测岩石行星地幔理论上的储水能力,并间接约束其内部的实际含水量。通过统计和统计学习算法等数据科学方法,本文旨在介绍并总结前人对地球、火星和系外行星地幔储水能力的模拟研究工作。本文首先回顾了岩石行星地幔储水能力的热力学理论模型;然后围绕地球和火星的两个实例研究,探讨了如何使用包括稳健回归拟合、蒙特卡罗方法和自助聚集算法等方法,把原子尺度的水溶解度实验数据点和其测量误差转化成行星尺度的储水能力模型;接着介绍了系外行星观测的大样本数据是如何帮助我们理解系外岩石行星储水能力的统计学性质;最后讨论了数据科学方法在矿物物理学研究中的局限性,并对如何更好地将统计及统计学习算法与矿物物理数据研究相结合作出展望。

塔西南玄武岩年代学和地球化学特征及其对二叠纪地幔柱岩浆演化的制约

本文通过对塔西南达木斯剖面中玄武岩进行 K-Ar 同位素定年,获得年龄为289.6Ma,并结合 Ar-Ar 坪年龄结果(290.1Ma)和古生物以及沉积特征,认为290Ma 的年龄代表了塔西南玄武岩形成于早二叠世,对应于盆地内下二叠统库普库兹满组下段层位的年龄。地球化学特征显示塔西南熔岩为分异的碱性玄武岩并含45%SiO_2和4%MgO 含量。塔西南玄武岩与盆地内柯坪玄武岩具有相近的主量元素含量和稀土配分与微量元素蜘蛛网图型、无 Eu 异常、富集轻稀土元素、较高的其它不相容元素(如高场强元素)。但塔西南玄武岩比柯坪玄武岩具有较高的 Al_2O_3和 CaO 含量及稀土总量(288×10^(-6)～358×10^(-6)),偏低的 Na,O,P_2O_5和 FeO 含量。K、Rb 和 Cs 丰度的无系统性变化主要受这些元素丰度本身变化的影响。对其它不活动组分,塔西南玄武岩具有高 Ti(Ti/Y=522～624)和 Nb 含量(30×10^(-6)～40×10^(-6))及低 Zr/Nb 比值,暗示其来自富集的地幔源区。其 Nb 含量相对 La 含量无显著变化以及相对低的 Nb/U(近30)和 Ce/Pb 比值(近15),指示塔西南玄武熔岩来自大陆岩石圈或受一定程度的地壳混染。塔里木盆地大规模的火山喷发以及富集不相容元素的地球化学特征支持这样一种假设,即塔西南玄武岩来自地幔柱火山作用,或由于地幔柱的供热和上升导致富集的岩石圈地幔部分熔融而形成。且岩浆作用过程以部分熔融为主,结晶分异作用较弱。基于塔西南玄武岩和柯坪玄武岩相近的时代、源区成分和/或岩浆作用过程以及处于陆内稳定构造环境,笔者认为塔里木二叠纪玄武岩的分布范围可以从塔里木盆地内的塔中、柯坪一带一直延伸到塔西南地区。

高温Ca同位素地球化学研究进展与双稀释剂校正

近年来随着质谱和分析技术的进步,Ca同位素的分析精度获得了很大的提高,出现了很多高温条件下Ca同位素地球化学的研究成果。双稀释剂的合理使用在Ca同位素的分析中起关键作用。本文系统地阐述了前人对Ca同位素测试时所使用的双稀释剂技术,提供相应的计算程序,并且系统地归纳近年来高温条件下Ca同位素地球化学研究的新成果,包括单矿物对之间Ca同位素的分馏、陨石和地幔Ca同位素组成的不均一性和陨石的εCa异常及K-Ca定年等。斜方辉石和橄榄石相比于共生的单斜辉石更富集重Ca同位素,并且Δ44/40 CaOpx-Cpx受斜方辉石Ca含量和Ca—O键长的影响。地幔矿物之间具有不相同的Ca同位素组成说明地幔Ca同位素组成的不均一性。陨石及其内部难熔包裹体的Ca同位素组成变化范围很大,并且普遍存在εCa的异常。顽火辉石球粒陨石与地球具有相近的Ca同位素组成,表明它们可能具有相同的起源。但是高温条件下Ca同位素的分馏研究仍处于起步阶段,未来对于地球主要储库的Ca同位素组成、岩浆过程(部分熔融和分离结晶)和洋壳俯冲过程的Ca同位素分馏仍然需要更多地研究。

欧亚大陆冷季积雪与亚洲夏季风的关系:区域特征与季节性

主要回顾了欧亚大陆冷季积雪与亚洲夏季风的关系,特别是积雪对季风演变和强度的影响。从Blanford(1884)着眼喜马拉雅山测站积雪开始,到20世纪70年代卫星测量的大范围雪盖资料的问世,直至近几十年来全球气候模式模拟与资料分析的结合,回顾了人们在不同时期对积雪-季风关系的不同认识以及对积雪影响季风的物理过程的不同理解。一方面,积雪通过反照率效应影响温度、温度梯度和大气环流包括季风环流;另一方面,积雪通过融化效应影响大气,特别是增强大气异常信号的持续性。在这些过程中,陆面积雪与大气运动的相互作用是一个正反馈的过程。另外,特别关注不同地区和季节的欧亚大陆积雪对不同亚洲区域季风的不同影响,以及积雪在季风演变过程中对不同阶段季风特征的作用。虽然积雪与季风的关系非常复杂,加深对这些复杂关系的认识,对理解季风系统的整体变化以及改进季风预报都尤为重要。

楔形构造在山前冲断构造位移量消减中的作用——以准噶尔盆地南缘为例

介于复活的天山造山带与稳定的准噶尔克拉通之间的准噶尔盆地南缘前陆冲断带,是印度板块与欧亚大陆碰撞的远距离效应产物,也是新近纪以来青藏高原隆升并向北推挤的直接结果。前陆冲断带吸收了来自造山带的水平缩短构造位移量后,克拉通一侧构造趋于稳定。准噶尔盆地南缘与世界上多数前陆冲断带构造地质特征相似,通过区域地震剖面的精细构造几何学和运动学解析,发现其中的楔形构造非常典型,是前陆冲断带内部冲断构造位移量消减的主要方式之一,控制着前陆冲断带分布范围和变形方式。准噶尔盆地南缘构造变形主要由南侧的天山造山带向北逆掩冲断,但是大部分冲断构造位移量是通过楔形构造反向传递后消减。紧邻天山北麓的齐古-喀拉扎-昌吉等构造带,山前深部的楔形体沿侏罗系西山窑组煤层向北扩展过程中,部分位移量沿构造楔顶部的反冲断层向南消减,并切割上覆地层形成第一排背斜带,另一部分位移量则继续向北传递,在断坡位置引发褶皱变形,形成霍-玛-吐第二排构造带和安集海-呼图壁第三排背斜带。准噶尔盆地南缘第二、三排构造带中-新生界内部发育多个小型的构造楔型体,这些互相叠置的楔型构造横向延伸不大,加大了构造变形的复杂性和构造圈闭识别的难度。

冲绳海槽和琉球岛弧的地震活动与应力场

依据１９７７—１９９１年ｍｂ≥５．０的地震目录和汇编的６８个地震机制解，分析了冲绳海槽和琉球岛弧的地震活动特征和应力状态，提出了２９°Ｎ附近的吐噶喇海峡断裂带是一条切穿岩石圈的地震断裂带，指出产生该断裂带南北两侧俯冲板舌内应力状态不一样的主要原因是两者俯冲深度不同所致．提出了冲绳海槽在进行ＮＷ－ＳＥ方向的扩张过程中同时伴有垂直于海槽的正断层作用．并初步提出了冲绳海槽区有两个发震层分布的可能．

心脏胶原蛋白中交联氨基酸的质谱分析

心脏衰竭可能与心脏胶原蛋白交联异常有关,因为交联过程对心脏胶原蛋白的机械强度起决定作用。研究表明,某些交联氨基酸的含量可以用作对应胶原蛋白交联异常的分子标记,但心脏胶原蛋白交联异常的分子标记尚不清楚。本研究建立了串联质谱的分析方法可以高选择性的检测水解胶原蛋白质中两种重要的交联氨基酸-吡啶诺林(PYD)和去氧吡啶诺林(DPD)。在小鼠心室胶原蛋白酸性水解产物中检测到DPD,未检测到PYD,说明PYD与心脏胶原蛋白的交联过程无关,而DPD在心脏胶原蛋白交联中起更重要的作用,有可能成为与心脏衰竭相关的分子标记。本研究提供了一种基于质谱的研究心脏胶原蛋白交联产物的方法,也可用于其它胶原蛋白的分析。

自建电喷雾解吸电离源(DESI)在大分子分析中的应用及离子化机理探索

自建了简易的电喷雾解吸电离源(DESI),优化了DESI源喷口的位置和角度,并将其用于常见多肽和蛋白质的分析。多肽和小质量蛋白质(<20 kDa)可以容易地从表面解吸电离,生成清晰的质谱。而牛血清白蛋白(66.4 kDa)不能产生清晰的多电荷分布的质谱,说明当前DESI源的设计可能存在一个电离的分子量上限。通过比较不同的实验条件并对比ESI-MS,发现溶剂分子的挥发过程对电荷分布以及峰宽均有显著影响,可能是由于ESI更软引起。载样表面的性质对DESI-MS的信号强度有较大影响。金表面的自组装单分子膜(SAM)相对于纯金表面有较好的绝缘性,并有助于产生较强信号,说明来自表面的电子转移(电中和)是电喷雾解吸电离过程中的一个重要因素。该文的研究有助于对DESI-MS的实验条件和载样表面的选择,同时增进了对电喷雾解吸电离机理的了解。

农业向西南地区传播的限制——基于温度生态模型研究

考古学中的一个重要问题是研究农业技术和农产品是如何、为何并通过何种机制从其原始发展区域传播出来。迄今为止,只有少数研究工作会将农业生态模型与植物考古遗存分析结合起来,以详细论述人类把农作物传入与其原产地有着不同生长环境的地区时所面临的种种困难。本文采用生态位模型,概述了古人类在将水稻、粟黍、小麦、大麦移植入中国西南山区时面临的制约因素。值得注意的是,我们在文中提出将水稻移植入这一地区对该地区的种植者来说相当困难,我们推断,水稻在这一区域得以传播是通过适应低温的水稻品种的培育或将其栽培与粟黍结合起来而实现的。高海拔地区直至引进可适应寒冷气候的欧亚西部驯化作物如小麦和大麦后,才开始全面发展农业。温度生态模型根据农作物适应的温度条件不同支持说明了不同区域之间所采用的农业策略,同时对研究除水稻之外的其他农作物向西南地区传播也具有重要意义。