学术动态
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Victor A. Piedrahita等-NC：全球变暖引发的干旱加剧及其漫长的恢复进程2024-09-11晚古新世至早始新世时期的气候以极端温室条件为特征，常被视为模拟未来人为气候变化可能引发最严峻情景的理想参考。近期，中国科学院地质与地球物理研究所的李金华研究员团队与澳大利亚国立大学、荷兰乌特勒支大学等多家国际科研机构合作，综合运用岩石磁学、电子显微学和地球化学技术，以意大利古比奥镇西北部地区沉积岩为研究对象（图1），通过重建晚古新世至早始新世（约5200-5700万年前）西特提斯古地中海地区的水文气候条件，探讨了全球变暖对原地中海大陆地区水文循环的影响。 随着全球气候变暖的加剧，人类活动所产生的温室气体排放预计将引发全球范围内显著的水循环变化，对生态环境、水资源和粮食安全构成严重威胁。特别是在亚热带地区，气候模型预测未来几十年内可能面临更为严峻的干旱。然而，地质记录的研究表明，海洋-大气系统的升温可能会导致亚热带地区更加湿润。这些预测与地质记录之间的差异，限制了我们对全球变暖事件后水文循环恢复时间的准确量化，即水文循环恢复到变暖前状态所需的时间。而这对于制定有效的应对策略，以保障全球生态环境的稳定与可持续发展至关重要。晚古新世至早始新世时期的气... -
刘延等-JGR：东太平洋锰结核区表层沉积物磁学研究及其生物地质学意义2024-09-10磁小体化石是古趋磁细菌及其代谢活动的直接证据，能记录古环境和古地磁场信息，是开展地磁场-环境-生命相互作用过程及共演化规律研究的理想材料。在最近发表于JGR的文章中，中国科学院地质与地球物理研究所李金华研究员和潘永信院士带领的国际研究团队，综合古地磁学、岩石磁学和电子显微学技术，对南印度洋... 深海多金属结核富含镍、钴、铜、锰等金属元素，是极具经济价值的矿产资源，主要分布在太平洋、大西洋和印度洋的深海平原。同时，多金属结核生长较为缓慢，且与多种微生物相互作用。因此，多金属结核能够记录区域生物地球化学循环的关键信息，是古环境和古地磁研究的理想材料。趋磁细菌是一类具有系统发育多样性的功能微生物群，能够在细胞内合成生物膜包被的纳米尺寸磁铁矿或胶黄铁矿颗粒，称为磁小体。利用磁小体，趋磁细菌能够感知并沿着地磁场定向游泳，并通过在水体的有氧-无氧过渡带上下穿梭获得生长所需的物质和能量，同时促进周... -
祁锴贤等-GRL：Shaw系列古强度结果偏差的主导因素及一种新的计算方法（LoRD-Shaw）2024-08-12图4 LoRD-Shaw方法原理示意图.图5 LoRD-Shaw方法结果展示图 研究成果发表于国际学术期刊GRL（祁锴贤，蔡书慧*，秦华峰，Yamamoto Yuhji，邓成龙，潘永信，程鑫，吴汉宁，朱日祥. The culprit of bias for paleointensity estimation in the Shaw‐type protocol and an innovative calculation method[J]. Geophysical Research Letters, 2024, 51(14): e2024GL109930. DOI: 10.1029/2024GL109930.）。研究受国家自然科学基金委项目（42388101、42241101、42174088、42488201）和中国科学院地质与地球物理研究所重点部署项目（IGGCAS... 精准恢复地球磁场的古强度对涵盖核心磁场发电机在内的深部过程以及地球系统多圈层耦合作用的相关研究具有重要指示意义。然而，包括广泛应用的Thellier和Shaw系列方法均面临着准确古强度结果产出困难的问题。其中，Shaw系列方法是一种常见的、结果产出率较高的古强度实验方法，尽管研究者提出了一系列严格的数据筛选标准，但仍会得到一些异常的偏离值。图1就展示了一个可以通过各类筛选的现代熔岩流结果（喷发于1960年的夏威夷，已有现代磁测数据），其Shaw方法得到的古强度值为~52.5 μT。但是在IGRF模型中，该时期夏威夷地区的磁场强... -
韩晓华/王芙仙等-ES&T：铁还原细菌胞外调控菱铁矿和蓝铁矿微晶形成及组装2024-06-27磁小体化石是古趋磁细菌及其代谢活动的直接证据，能记录古环境和古地磁场信息，是开展地磁场-环境-生命相互作用过程及共演化规律研究的理想材料。在最近发表于JGR的文章中，中国科学院地质与地球物理研究所李金华研究员和潘永信院士带领的国际研究团队，综合古地磁学、岩石磁学和电子显微学技术，对南印度洋... 生物矿化是指通过生物或生物质形成矿物的过程，是连接地球上有机圈层与无机圈层的重要纽带，对理解地质过程与生命活动相互作用和利用生物化石记录研究地球与生命之间的协同演化等有重要意义。趋磁细菌能在细胞内形成有生物膜包被、晶型尺寸独特可控的磁铁矿晶体，是生物控制矿化研究的典范。而铁还原和铁氧化细菌则通常在细胞外形成类型多样、形貌尺寸多变的含铁矿物，属于生物诱导型矿化。传统观点认为，微生物胞外诱导矿化受外界环境影响大，其矿化产物也很难与非生物成因矿物区分，因而限制了其在地质记录和生物仿生矿化中的拓展... -
申建勋等-STOTEN：火星早期水环境演化：来自柴达木盆地的启示2024-06-18中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星磁场及宜居性学科组的申建勋博士后与合作导师林巍研究员，联合中国科学院页岩气与地质工程重点实验室的黄天明研究员等，在柴达木盆地纬向中轴线的典型类火星环境中，沿干旱梯度分别采集了大气降水、雨/雪后积水、湿地、盐湖、卤水等不同类型共计26个水样（图1），对这些样品开展了系统的水化学和同位素研究。 液态水是支持地球生命活动的重要环境因素，也是天体宜居性的重要指标。早期火星表面曾有大量液态水，但随着大气逃逸与干旱化过程的加剧，其表面逐渐受到强烈蒸发作用的影响，因此早期火星水化学的演变过程及是否可能保存生命活动痕迹一直是天体生物学研究的重要科学问题。我国西北部的柴达木盆地是世界上面积最大、海拔最高的荒漠之一，发育了众多类火星地貌，具有剧烈温度变化、低气压、高辐射、强蒸发、高盐度、多盐湖等特征，可以类比早期火星环境。柴达木盆地多种类型的水环境为认识火星早期水环境演变提供了一个天然类似体。中国... -
章敏等-CEE：环境磁学研究揭示二叠纪末生物大灭绝事件的前奏：古海洋的氧化还原状态改变2024-04-26针对二叠纪末古海洋氧化还原状态及演化的科学问题，中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室地球与行星磁场及宜居性研究团队章敏博士后和潘永信院士，联合南京大学沈树忠院士，岩石圈演化国家重点实验室邓成龙研究员、秦华峰副研究员和侯祎斐博士后，以及中国海洋大学何况副教授，详细开展了浙江煤山“金钉子”剖面的环境磁学研究，获得了二叠纪末古海洋氧化还原状态演化的新结果。 二叠纪末生物大灭绝被认为是地球历史上最严重的生物灭绝事件，在极短时间内（6.1±4.8万年），高达81%的海洋物种遭受灭顶之灾。揭示二叠纪末生物灭绝机制对于理解环境变化和生物演化之间的关系至关重要。前人通过地球化学指标（如生物标志化合物、铁组分）和同位素（如铀同位素等）分析，研究二叠纪末古海洋短期氧化还原历史。针对二叠纪末古海洋氧化还原状态及演化的科学问题，中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室地球与行星磁场及宜居性研究团队章敏博士后和潘永信院士，联合南京大学沈树忠院士，岩石圈演化... -
樊耘畅等-JGR-SE：中国西北部全新世黄土剖面高分辨率古地磁长期变记录和东亚区域地磁场方向变化模型2024-04-10图1 东亚地区相关PSV记录与民乐剖面位置分布.中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理重点实验室博士生樊耘畅在导师潘永信研究员和蔡书慧副研究员的指导下，联合岩石圈演化国家重点实验室邓成龙研究员，西班牙马德里康普顿斯大学Francisco Javier Pavón-Carrasco副教授和中国地震局地质研究所熊建国研究员，对甘肃西北部全新世黄土-古土壤高沉积速率剖面（民乐剖面）开展地磁场长期变研究，获得了该地区全新世地磁场方向（偏角和倾角）绝对变化记录，并结合东亚已有数据，建立了14 ka以来东亚地磁场长期变化参考曲线和东亚区域... 地磁场起源于地球外核富铁流体的对流，是认识地球内部结构和动力学机制的窗口。地磁场可以屏蔽部分带电高能粒子和宇宙射线，保护着地球上的生命。研究地磁场的变化规律对认识地球深部动力机制和地表过程和环境具有重要意义。高沉积速率的沉积物（如黄土剖面、海洋与湖泊沉积物钻探岩芯等）是开展高分辨率地磁场长期变化（PSV）研究的理想材料。近20年来东亚地区已发表地磁场长期变数据几乎都是通过海洋或湖泊沉积物钻探岩芯获得的，缺少磁偏角数据的绝对变化记录，且部分研究的分辨率较低。空间分布方面，东亚地磁场长期变研究主要来自... -
刘延等-JGR-SE：南印度洋沉积物150千年以来的磁小体化石量化识别及其古环境意义2023-12-05磁小体化石是古趋磁细菌及其代谢活动的直接证据，能记录古环境和古地磁场信息，是开展地磁场-环境-生命相互作用过程及共演化规律研究的理想材料。但是，地质记录中磁性矿物通常来源复杂、类型多样，严重影响了磁小体化石的量化识别。在最近发表于JGR的文章中，中国科学院地质与地球物理研究所李金华研究员和潘永信院士带领的国际研究团队，综合古地磁学、岩石磁学和电子显微学技术，对南印度洋MD11-3353钻孔沉积物150千年以来的磁小体化石开展了量化识别，发现冰期阶段沉积物中载磁矿物主要为微纳米尺寸的碎屑磁铁矿，而间冰期阶段沉积... 摘要：磁小体化石是古趋磁细菌及其代谢活动的直接证据，能记录古环境和古地磁场信息，是开展地磁场-环境-生命相互作用过程及共演化规律研究的理想材料。但是，地质记录中磁性矿物通常来源复杂、类型多样，严重影响了磁小体化石的量化识别。在最近发表于JGR的文章中，中国科学院地质与地球物理研究所李金华研究员和潘永信院士带领的国际研究团队，综合古地磁学、岩石磁学和电子显微学技术，对南印度洋MD11-3353钻孔沉积物150千年以来的磁小体化石开展了量化识别，发现冰期阶段沉积物中载磁矿物主要为微纳米尺寸的碎屑磁铁矿，而间冰期阶... -
唐旭等-MRT：透射电镜样品和样品杆的等离子体清洗和存储装置研制2023-10-30针对以上问题，中国科学院地质与地球物理研究所唐旭工程师、谷立新高级工程师、李秋立研究员、杜忠明高级工程师、冯连君高级工程师和李金华研究员研制了一种新型的TEM样品和样品杆等离子体清洗和存储多功能装置，其包括：（1）等离子体清洗系统；（2）样品杆存储站；（3）TEM样品存储站。等离子体清洗系统采用的是电感耦合等离子体发生器，射频电源产生振荡电磁场将Ar和O2气体电离成由离子、电子和中性自由基组成的等离子体，其中氧自由基与碳氢化合物反应形成CO，CO2和H2O，这些产物最终被真空系统抽走，最终实现了TEM样品和样品杆的... 透射电子显微镜（简称TEM）具有极高的空间分辨率和综合分析能力强等优点，可在微纳尺度到原子尺度揭示物质的形貌、晶体结构、物相鉴定、化学成分、三维重构像、原子成像、电场和磁场结构等，对于纳米地球与行星科学的研究具有重要的作用。目前，透射电镜已在地球早期生命演化、微生物矿化、沉积物中磁性矿物（海洋和陆地）、纳米矿床学、地球化学、地球深部高温高压矿物和行星科学研究中获得了较多的应用。透射电镜实验对样品要求极高，要求待测样品直径不大于3 mm，厚度≤100 nm，如果要观察高分辨和STEM-HAADF像等，则要求样品更薄（... -
申建勋等-ISME：趋磁细菌与天体生物学2023-10-08研究成果发表于国际学术期刊The ISME Journal（申建勋，Greig A. Paterson，王寅炤，Joseph L. Kirschvink，潘永信，林巍*. Renaissance for magnetotactic bacteria in astrobiology [J]. The ISME Journal, 2023, 17(10): 1526-1534. DOI: 10.1038/s41396-023-01495-w）。该研究受国家自然科学基金、中国科学院地质与地球物理研究所、中国博士后科学基金会等联合资助。 随着国内外深空探测任务和行星科学的蓬勃发展，研究地球生命起源和早期演化、探索地外宜居环境与生命信号的天体生物学日益受到关注。趋磁细菌是一类在细胞内合成纳米级铁磁性颗粒（成分为磁铁矿或胶黄铁矿，称为磁小体）且沿着磁场方向定向运动的微生物总称，火星陨石ALH84001中曾发现疑似微生物成因的纳米级磁铁矿颗粒，趋磁细菌由此一度成为天体生物学的重要研究对象。然而，后续研究发现，无机化学过程也可能形成类似的铁磁性矿物。趋磁细菌是否可能在类比地外的极端环境（特别是类火星环境）中生存？如何识别生物成因和化学成因的...
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