堿性巖通常分布在造山帶和板內裂谷背景下，雖然占比很少，但是蘊含著(zhù)豐富的巖漿起源和構造演化等關(guān)鍵信息。正長(cháng)巖是堿性巖中最典型的代表之一，其成因是有高度爭議的，主要觀(guān)點(diǎn)有地幔低程度部分熔融、幔源巖漿結晶分異、巖漿混合和晶體堆積等機制。然而，由于地殼混染和巖漿混合的潛在影響，很難從全巖成分判斷地幔源區熔融還是殼內分異控制著(zhù)堿性元素（K2O和Na2O）含量。正長(cháng)巖中的礦物記錄了堿性巖漿從起源到侵位的全過(guò)程，因此，通過(guò)對各巖漿演化階段的礦物分析，可以評估不同機制的影響程度，從而確定正長(cháng)巖的主要成因方式。針對上述問(wèn)題，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所博士生馬建鋒在趙太平研究員指導下，選取華北克拉通南緣1772 Ma三元溝正長(cháng)巖開(kāi)展了詳細的礦物結構、化學(xué)成分與熱力學(xué)模擬研究。該正長(cháng)巖主要礦物組成是單斜輝石、鉀長(cháng)石、石榴石和榍石，單斜輝石和石榴石具有豐富的礦物環(huán)帶，表明巖漿混合發(fā)揮了重要作用（圖1）。通過(guò)計算不同階段的單斜輝石平衡熔體的主微量元素含量，獲取了堿性巖漿從起源到侵位的地球化學(xué)信息。高M(jìn)g#(>85)單斜輝石的平衡熔體具有高M(jìn)g#、CaO/Al2O3和低Hf/Sm的特征，展現出碳酸鹽交代地幔的親和性，微量元素質(zhì)量平衡模型表明，石榴石-尖晶石過(guò)渡地幔低程度(1%~2%)部分熔融可以產(chǎn)生這些高M(jìn)g#熔體（圖2）；通過(guò)alphaMELTs模擬高M(jìn)g#平衡熔體的結晶分異過(guò)程，發(fā)現無(wú)論在何種壓力和水含量下都無(wú)法匹配其余平衡熔體的化學(xué)成分，說(shuō)明單一的結晶分異過(guò)程不能解釋正長(cháng)巖的成因（圖3）。低Mg#單斜輝石平衡熔體具有低Mg#值，是地殼物質(zhì)重熔的產(chǎn)物，質(zhì)量平衡計算結果表明10%~30%的長(cháng)英質(zhì)熔體參與混合可以形成正長(cháng)巖（圖4）。然而，巖漿混合與結晶分異過(guò)程無(wú)法解釋全巖的K2O、CaO等變化，暗示仍有其它機制參與控制。正長(cháng)巖中鉀長(cháng)石相互連接形成晶體框架，具有堆晶結構，且全巖Eu#高于1，表明鉀長(cháng)石堆晶也是控制K2O含量的機制之一。單斜輝石濕度計顯示高M(jìn)g#平衡熔體具有高水含量(>4 wt%，圖5)，在模擬過(guò)程中發(fā)現高水含量可以抑制長(cháng)石的結晶，從而導致熔體中K2O、Na2O含量的再次升高（圖6），最終在淺部地殼發(fā)生長(cháng)石堆晶，這也解釋了為什么堿性熔體無(wú)法突破演化的“熱障”。上述工作表明，地幔源區的部分熔融、殼內巖漿演化、巖漿混合、晶體堆晶過(guò)程都會(huì )控制堿性熔體的成分變化以及正長(cháng)巖的形成。以上研究成果發(fā)表在巖石學(xué)國際權威期刊Journal of Petrology上。相關(guān)的論文信息：Jian-Feng Ma (馬建鋒),Tai-Ping Zhao* (趙太平*),Tong Hou (侯通),Chuan-Hao Qu (瞿川豪). Mineral Textures and Chemistry Trace the Origin and Transcrustal Evolution of the Sanyuangou Syenite in Southern North China Craton. 2024,65,egae056. https://doi.org/10.1093/petrology/egae056.圖1 三元溝正長(cháng)巖礦物結構特征圖2 高M(jìn)g#單斜輝石平衡熔體主微量元素揭示地幔源區特征圖3 三元溝正長(cháng)巖全巖、單斜輝石平衡熔體主量元素特征以及alphaMELTs模擬主量元素變化圖4 三元溝正長(cháng)巖全巖微量元素特征與混合模型圖5 單斜輝石溫度、壓力及平衡熔體水含量圖6 熔體水含量與巖漿混合控制熔體中K2O+Na2O含量變化
近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗室（LTO）經(jīng)志友團隊，在南海亞中尺度動(dòng)力不穩定的高頻變化特征、物理機制及其垂向熱輸運定量貢獻等觀(guān)測研究方面取得新進(jìn)展，研究成果先后發(fā)表于國際期刊《Geophysical Research Letters》，合作者包括南海海洋研究所博士后鄭瑞璽、河海大學(xué)副教授曹海錦和美國布朗大學(xué)教授Baylor Fox-Kemper。海洋亞中尺度過(guò)程通過(guò)非地轉動(dòng)力不穩定，驅動(dòng)地轉能量正向串級與耗散，并顯著(zhù)增強熱量、營(yíng)養鹽等要素的垂向交換，在海洋物質(zhì)能量循環(huán)和海-氣相互過(guò)程中扮演了不可或缺的重要作用。本研究基于南海高分辨率現場(chǎng)觀(guān)測數據并結合理論分析，揭示了亞中尺度動(dòng)力不穩定的高頻變化機制及其對垂向熱輸運的定量貢獻。研究結果表明，南海混合層對稱(chēng)不穩定的晝夜高頻變化，主要是由大氣非絕熱強迫所驅動(dòng)，而非風(fēng)場(chǎng)強迫（down-front wind forcing）。夜間海表冷卻驅動(dòng)的邊界層浮力損失，通過(guò)增強亞中尺度動(dòng)力不穩定和垂向次級環(huán)流，引起約60%的混合層亞中尺度再層化。進(jìn)一步基于國家基金委共享航次計劃重大科學(xué)問(wèn)題航次的觀(guān)測研究表明，海洋渦旋海域普遍存在的鋒面亞中尺度過(guò)程引起的垂向凈熱通量高達100 W/m2，比經(jīng)典地轉理論和傳統認識的中尺度貢獻大1-2個(gè)量級，且影響深度深達150米海洋次表層，對上層海洋具有顯著(zhù)的加熱效應。上述研究首次基于高時(shí)空分辨率現場(chǎng)觀(guān)測定量揭示了海洋亞中尺度動(dòng)力不穩定的快速變化機制及其對垂向熱輸運的重要貢獻，明確了大氣非絕熱強迫的關(guān)鍵調控作用，對進(jìn)一步深入認識和理解海洋亞中尺度動(dòng)力過(guò)程及其生態(tài)氣候效應、海洋與氣候模式的亞中尺度參數化改進(jìn)，以及助力“海洋亞中尺度動(dòng)力學(xué)”前沿方向發(fā)展等具有重要科學(xué)意義。該研究主要由國家自然科學(xué)基金項目、國家自然科學(xué)基金共享航次計劃資助完成。圖1 （a）南海高時(shí)空分辨率現場(chǎng)觀(guān)測；（b）TRIAXUS拖體高分辨率觀(guān)測溫度剖面；（c）渦旋活躍海域位溫波數譜圖2 （a）海表浮力通量、側向浮力梯度與動(dòng)力不穩定的晝夜變化；（b）亞中尺度不穩定再層化效應與小尺度混合去層化效應；（c）多尺度垂向熱通量及其波數譜論文信息：Ruixi Zheng and Zhiyou Jing* (2024). Diurnal variability of mixed layer overturning instabilities from glider array observations in the South China Sea. Geophysical Research Letters,51 (11),e2023GL107694. https://doi.org/10.1029/2023GL107694Haijin Cao,Zhiyou Jing*,and Baylor Fox-Kemper (2024). Scale-dependent vertical heat transport inferred from quasi-synoptic submesoscale-resolving observations. Geophysical Research Letters,51 (12),e2024GL110190. https://doi.org/10.1029/2024GL110190
????熱帶森林對外源養分的供應十分敏感，磷（P）與氮（N）的相對有效性在調控熱帶生態(tài)系統碳收支方面起著(zhù)至關(guān)重要的作用，然而養分有效性如何調節熱帶森林碳（C）源匯轉換尚不明確。生化選擇過(guò)程中，植物來(lái)源復雜有機物的選擇性保留和微生物周轉形成的大分子有機物均是土壤有機碳（SOC）固持的重要途徑。但是，生物過(guò)程驅動(dòng)的SOC固存響應外源養分輸入的生物驅動(dòng)機制仍有待揭示。????中國科學(xué)院華南植物園恢復生態(tài)學(xué)任務(wù)團隊依托廣東鶴山森林生態(tài)系統國家野外科學(xué)觀(guān)測研究站和和小良熱帶海岸生態(tài)系統定位研究站的長(cháng)期養分添加實(shí)驗平臺，研究了亞熱帶人工純林和混交林植物來(lái)源和微生物來(lái)源的SOC組分對外源養分添加的響應。通過(guò)對來(lái)自全球62篇文獻中的125對土壤養分添加實(shí)驗研究結果的整合分析，量化了P添加對熱帶和亞熱帶森林SOC含量的影響。????研究發(fā)現，兩個(gè)亞熱帶人工林土壤0-20cm SOC含量未隨P添加顯著(zhù)變化，這與整合分析結果一致。但是，土壤微生物群落組成和活性解釋了亞熱帶森林SOC組分對P添加的差異性響應。純林中植物底物質(zhì)量較差，P添加引發(fā)土壤微生物群落組成的改變，導致微生物加速消耗微生物殘體碳（MRC）以補充C源；而混交林中P添加改變植被群落組成，并促進(jìn)微生物對N源的獲取，從而加速了木質(zhì)素和MRC的分解。混交林中微生物來(lái)源碳（特別是真菌MRC）和礦物結合有機C聯(lián)系緊密，預示著(zhù)長(cháng)期P添加引起真菌MRC的減少將不利于熱帶森林土壤SOC的積累和穩定。????相關(guān)研究成果于近日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Science of the Total Environment上。華南植物園恢復生態(tài)學(xué)任務(wù)團隊助理研究員李?lèi)倿檎撐牡谝蛔髡撸瑒⒄间h研究員為通訊作者。上述研究得到了廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金等項目資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.174672圖. 亞熱帶人工純林和混交林下生物來(lái)源有機碳組分對P添加的差異性響應
