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近日，中國科學院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質重點實驗室（OMG）趙明輝研究員團隊，聯合海南熱帶海洋學院、浙江海洋大學及中國科學院地質與地球物理研究所等相關團隊，在海山俯沖動力學機制研究方向取得重要進展。相關成果發表于國際地學權威期刊Geophysical Research Letters。副研究員曹令敏為第一和通訊作者，浙江海洋大學副教授何小波為共同通訊作者。呂宋島北部處于歐亞板塊與菲律賓海板塊匯聚邊界，是全球最典型的成熟俯沖帶之一。馬尼拉海溝正持續吞噬一系列巨型海山，這些“地形異常體”如何重塑上覆板塊應力場、如何調控深部變形與地震活動，長期缺乏直接、系統的地震學觀測證據。研究團隊利用近震 S 波分裂方法，結合頻率–延遲時間依賴性分析，構建了從地殼到上地幔 150 km 深度的各向異性分布特征(圖1)。結果顯示：在海山俯沖區，快波極化方向整體垂直于海溝走向，且延遲時間隨頻率顯著變化，指示強烈的定向裂隙系統與流體活動。分析表明，海山、海脊等古洋殼地貌俯沖后會引起應力重新分布，促進裂隙定向發育及局部流體滲入，從而在地殼、地幔楔以及俯沖板片內部形成各向異性結構(圖2)，其成因與含流體裂隙和部分蛇紋石化過程密切相關。海山俯沖會加劇板片斷層或界面附近的水化和弱化過程，降低該區域的界面耦合程度，使構造變形更易通過慢滑移事件或中小尺度地震釋放。由于耦合度下降，這類區域難以有效積累足夠的應力，因此可能不利于大型界面破裂的形成。該研究在區域尺度給出海山俯沖控制深部變形與地震活動模式的直接地震學證據，證實“大型地形異常體”可在俯沖帶留下可識別的“各向異性指紋”。成果不僅為揭示俯沖帶應力調整提供了新視角，也為評估南海東部潛在地震風險提供了關鍵的地球物理依據。該研究得到國家自然科學基金和中國科學院南海海洋研究所發展基金等項目資助。論文信息：Cao,L.,He,X.,Zhao,L.,Huang,B.‐S.,Hao,T.,Zhao,M.,et al. (2025). Frequency‐dependent anisotropy and upper plate deformation due to seamount subduction in northern Luzon. Geophysical Research Letters,52,e2025GL119325.原文鏈接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2025GL119325圖1 來自不同深度的地震的剪切波分裂結果圖2 馬尼拉俯沖帶海山俯沖驅動地殼-上地幔變形模式圖

2025-12-01

南海海洋研究所?|?研究團隊揭示ENSO影響白令海海冰新路徑：主導角色轉向北太平洋經向模

近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境實驗室（LTO）王鑫研究員團隊在北極氣候變化研究中取得重要進展。首次揭示了厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）對白令海冬季海冰的控制機制在20世紀90年代中期發生根本性轉變，其中北太平洋經向模態（NPMM）的關鍵橋梁作用顯著增強。該研究成果以“ENSO’s Changing Grip on Bering Sea Ice: The Emerging Control of the North Pacific Meridional Mode”為題，發表在國際知名學術期刊Science Advances上。LTO副研究員陳潔鵬為論文第一作者，研究員王鑫和工程師陳昇為共同通訊作者，合作者還包括研究員王春在、研究員張磊、副研究員何卓琪，加州大學爾灣分校教授Jin-Yi Yu和中山大學教授劉驥平。白令海冬季海冰作為區域氣候系統的重要調節器，其年際變化長期被認為主要受ENSO調控。傳統觀點認為ENSO通過影響阿留申低壓的強度與位置，改變白令海區域的風場和熱通量，最終影響海冰范圍，且這一關系被認為相對穩定。然而，本研究通過綜合分析觀測資析和數值模擬試驗，發現該“遙控”機制在20世紀90年代中期發生明顯轉折。研究顯示，在20世紀90年代中期之前，東太平洋型ENSO主導了與白令海海冰之間的正相關關系；此后，隨著中太平洋型ENSO事件頻率增加，兩者關系逆轉為負相關，這一轉變的核心機制在于中太平洋型ENSO與NPMM之間的耦合顯著增強（圖1）。當兩者協同作用時，會激發一支向極地傳播的羅斯貝波列，如同架設了一座從熱帶經副熱帶延伸至白令海的“大氣橋梁”。該波列在白令海區域引發異常偏南風，一方面阻礙北極浮冰向南輸送，另一方面促進低緯度暖濕空氣北上，共同導致海冰范圍減少（圖2）。值得注意的是，NPMM變率的增強及其與中太平洋型ENSO耦合的穩固化，是這一遙相關路徑影響力放大的關鍵。自20世紀90年代以來，在多尺度氣候動力學過程（如大西洋多年代際振蕩、熱帶輻合帶位移等）協同作用下，NPMM變率顯著增大，成為更有效的“信號放大器”，將熱帶中太平洋海溫異常信號更強勁地傳遞至副極地地區。量化分析表明，與NPMM單獨作用相比，其與中太平洋型ENSO的耦合使后者對白令海海冰變率的解釋貢獻提升了38.9%。這一發現對未來的氣候預測具有重要意義。在全球變暖背景下，氣候模型預測中太平洋型ENSO事件將更頻繁發生，其與NPMM的關聯可能進一步加強。這意味著，本研究揭示的“副熱帶-副極地”遙相關路徑對未來白令海乃至更廣泛的太平洋-北極區域海冰變化的控制力將持續上升。因此，改進氣候模式對ENSO多樣性、NPMM動力學及其耦合效應的刻畫，將成為準確預估北極海冰及其氣候與環境效應的關鍵。該項研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、廣州市科技計劃項目和中國科學院青年創新促進會等共同資助。圖1 白令海冬季海冰密集度（SIC）年際變率及其與ENSO的21年滑動相關關系（1979–2022）。橙色虛線：1–3月（JFM?）白令海SIC的21年滑動標準差（表征變率強度）；黑色實線：前一年夏季（JJA?）Ni?o3.4指數與JFM?白令海SIC的滑動相關系數；藍色（紅色）實線：剔除Ni?o4（Ni?o3）影響后，JJA? Ni?o3（Ni?o4）指數與JFM?白令海SIC的偏相關系數。圖2 NPMM調制下中太平洋型ENSO對白令海冬季海冰影響的機制轉變示意圖。(A)1978-1994年：赤道中太平洋暖海溫異常激發類PNA型的大氣遙相關波列，在對流層高層于北美北部形成顯著高壓異常，而低層反氣旋較弱。此環流結構不利于暖空氣向北輸送和海冰南向輸運，白令海海冰變化不顯著。(B)1995-2021年：中太平洋型厄爾尼諾與正位相NPMM耦合，增強并西移了向極傳播的羅斯貝波列。北美西北部及至白令海上空高壓異常增強。白令海東部低層反氣旋引發持續南風異常，一方面阻礙海冰南輸，一方面促進暖濕空氣北進，共同造成白令海海冰顯著減少。相關論文信息：Chen,J.,Yu,J.Y.,Wang,C.,Liu,J.,Wang,X.,Chen,S.,Zhang,L.,He,Z. (2025) ENSO's changing grip on Bering Sea ice: the emerging control of the North Pacific Meridional Mode. Sci. Adv. 11(47). https://doi.org/10.1126/sciadv.ady2329.原文鏈接：https://doi.org/10.1126/sciadv.ady2329

2025-11-28

南海所研究揭示海底滑坡的低緯驅動新機制

近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境與島礁生態全國重點實驗室以及邊緣海與大洋地質實驗室的李偉研究員團隊，聯合德國基爾亥姆霍茲海洋研究中心（GEOMAR）和意大利國家海洋與地球物理研究所（OGS）的科研人員，在大型海底滑坡形成機理方面取得重要進展。相關研究發表于Nature旗下期刊Communications Earth & Environment。研究員李偉為論文第一作者兼第一通訊作者，助理研究員敬嵩為共同通訊作者。軟弱層是沉積地層中強度顯著偏低的“軟肋”，被公認為導致巨型海底滑坡的關鍵地質結構。在高緯度大陸邊緣，科學家早已證實海平面升降可通過冰川擴張—消融控制軟弱層的發育。然而，對于沒有冰川直接作用的低緯度海域，海平面波動是否以及如何影響陸坡穩定性，一直缺乏系統研究，成為制約低緯海底地質災害評估的“瓶頸性”難題。研究團隊整合了南海北部逾1600 km2高分辨率三維地震、多波束測深及鉆測井資料，將白云滑坡群滑動面精確鎖定在上新世晚期（3.8 -3.4 Ma）海平面下降期形成的巖性界面上。該界面由高滲透濁積砂巖與低滲透泥質沉積交互組成，構成潛在流體聚集帶。更重要的是，該研究進一步識別出5.0 Ma至3.8 Ma上新世早期海平面上升時期沉積的細粒等深流漂積體，以及其內部形成的流體通道群，這些通道群在百萬年尺度上長期聯通并持續傳遞流體超壓，導致其上覆高滲地層逐步演變為大規模軟弱層，最終促成了南海北部超10000平方千米的最大規模白云滑坡群的形成。本研究揭示了海平面變化對低緯度大陸邊緣海底穩定性的關鍵調控機制，將傳統以高緯度冰川為核心的海底滑坡驅動機制拓展至全球所有受海平面變化影響的大陸邊緣，為理解全球氣候變化下的低緯驅動與響應機制提供了新的證據。此外，這些認識也能夠為我國深海工程的選址、設計與安全運維提供重要的科學依據和科技支撐。本研究得到國家自然科學基金、廣州市科技計劃項目青年博士“啟航”項目、中國科學院南海海洋研究所培育項目的資助。論文信息：Li,W.*,Jing,S.*,Urlaub,M. et al. Sea-level variations influence weak layer formation and submarine landslides on a low-latitude continental margin. Commun Earth Environ 6,950 (2025). https://doi.org/10.1038/s43247-025-02949-z論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s43247-025-02949-z圖1?模式圖-低緯海域海平面波動導致軟弱層形成，控制大型海底滑坡的發育。

2025-11-25

華南植物園長期定位觀測揭示新機制：熱帶森林土壤碳磷循環走向“分道揚鑣”

近期，中國科學院華南植物園恢復生態學研究團隊在熱帶森林土壤碳磷循環對養分輸入的響應機制方面取得重要進展。研究顯示，長期磷添加導致土壤總磷含量激增超過3倍，卻未顯著提升土壤有機碳儲量。該研究首次實證了土壤“碳庫穩定、磷庫飆升”的解耦現象，對“磷限制是制約熱帶高度風化土壤碳固存關鍵因素”的傳統觀點提出挑戰，為全球變化背景下熱帶森林的可持續管理提供了全新科學依據。全球養分失衡引發的生態謎題人類活動導致的氮、磷沉降不斷加劇，正深刻改變全球生物地球化學循環格局。熱帶森林土壤碳庫占全球陸地土壤碳儲量的30%以上，其穩定性直接關系到氣候調節功能。傳統理論認為，熱帶土壤碳穩定性與磷的有效性密切相關，磷的缺乏會抑制土壤固碳過程。然而，長期氮磷輸入失衡將如何重塑土壤碳磷之間的耦合關系，一直是學界懸而未決的關鍵問題。長期定位觀測揭示關鍵機制研究團隊依托中國科學院小良熱帶海岸生態系統研究站的長期土壤氮磷添加實驗平臺（始建于2009年），綜合運用固體13C核磁共振、液體31P核磁共振光譜以及土壤有機碳分級等技術，系統解析了熱帶森林土壤中顆粒態有機質（POM）與礦物結合態有機質（MAOM）兩大功能碳庫中碳、磷含量及其化學形態對養分輸入的響應。其中，POM主要來源于植物殘體，周轉速率較快；MAOM則以微生物轉化產物為主，通過與礦物結合實現長期穩定固存，二者共同調控土壤碳的持久性。核心發現：土壤碳磷對養分輸入的響應“分道揚鑣”（1）碳庫“保持穩定”：養分添加對土壤有機碳濃度、碳庫分配格局及其化學組成均未產生顯著影響。這與傳統認知中“磷添加促進熱帶土壤碳積累”的觀點相悖，表明僅提高磷有效性并不能有效激發土壤碳匯功能。研究推測，這可能與微生物激發效應促進碳礦化、熱帶土壤礦物結合位點趨于飽和等多種機制有關。（2）磷庫“激增逾三倍”：磷添加（包括單獨施磷及氮磷配施）使土壤總磷和無機磷含量顯著上升，增幅超過三倍，且這一增長主要發生在POM組分中，MAOM中的磷含量則維持穩定。同時，磷添加引起土壤碳磷比與氮磷比顯著下降，有機磷比例降低，無機磷比例上升。（3）功能碳庫“角色分明”：POM作為“響應庫”，其磷含量與無機磷呈正相關，與有機磷呈負相關；MAOM則作為“穩定庫”，其磷的穩定性主要受礦物保護機制支配。值得注意的是，MAOM中磷濃度與土壤芳香碳含量、微生物殘體貢獻呈負相關，暗示過量磷輸入可能干擾微生物介導的長期碳穩定過程。圖1. 不同養分添加下熱帶森林土壤有機碳與磷的化學組成。注：土壤13C NMR譜圖（a）、碳化學組分（b）、31P NMR譜圖（c）及磷化學組分（d）。Pyro，焦磷酸鹽磷；O-P，正磷酸鹽磷；P-diester，磷酸二酯磷；O-mono，磷酸單酯磷。CK，不施肥；N，施氮肥；P，施磷肥；NP，氮磷肥配施。圖2. 長期氮磷添加下熱帶森林土壤碳庫與磷庫演變軌跡的概念圖管理啟示與全球意義該研究首次揭示長期磷沉降背景下熱帶森林土壤碳磷循環的化學解耦機制，指出持續的磷輸入可在礦物表面形成“遺留磷”，從而降低MAOM的形成效率，潛在地削弱土壤的長期碳匯功能。論文通訊作者劉占鋒研究員強調，熱帶地區應因地制宜制定養分管理策略，避免盲目增施磷肥，以維護碳磷平衡與生態系統穩定。研究成果也為全球土壤碳模型提供了關鍵參數，有助于更精準地預測氣候變化背景下熱帶森林的碳匯潛力。研究團隊后續將結合同位素示蹤、X射線吸收光譜及微生物功能基因分析等技術，進一步解析POM中無機磷的來源，評估季節動態對碳磷解耦過程的影響，為熱帶生態系統的可持續管理提供更系統的科學支撐。相關研究成果以“Divergent chemical responses of soil carbon and phosphorus to nutrient addition mediated by functional carbon pools in tropical forests”為題發表在國際學術期刊Plant and Soil上。華南植物園鶴山站博士后李騰騰為論文第一作者，劉占鋒研究員為通訊作者。該研究獲廣東省重點領域研發計劃、國家自然科學基金等項目的資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1007/s11104-025-08102-1

2025-11-28

南海海洋所?|?基于遺傳圖譜和QTL定位發現Polycystin基因參與牡蠣殼形成

中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態實驗室（LMB）喻子牛研究員團隊在牡蠣高密度遺傳連鎖圖譜構建和殼生長QTL定位、功能基因驗證方面取得重要進展，相關研究成果High-resolution genetic maps and QTL mapping applications reveal Polycystin gene involvement in oyster shell formation正式發表于國際綜合期刊《iScience》。南海海洋研究所助理研究員馬海濤、副研究員秦艷平等為論文共同第一作者，研究員喻子牛和研究員張躍環為論文通訊作者。香港牡蠣和熊本牡蠣是華南沿海重要的經濟優勢牡蠣種，團隊成功進行了兩種牡蠣間的人工遠緣雜交。本研究以兩種牡蠣正反交家系為材料，構建了它們的高密度遺傳連鎖圖譜。正交家系中母本（香港牡蠣）獲得了10個連鎖群，與其染色體數一致，標記間的平均間隔為1.5cM，圖譜總長度為899.37cM，圖譜的覆蓋率為97.30%；父本（熊本牡蠣）也獲得了10個連鎖群，與其染色體數一致，標記間的平均間隔、圖譜總長度、圖譜覆蓋率分別為1.22cM、836.94cM、97.40%。反交家系中母本（熊本牡蠣）獲得了10個連鎖群，與其染色體數一致，標記間的平均間隔為0.94cM，圖譜總長度為1096.09cM，圖譜的覆蓋率為98.63%；父本（香港牡蠣）獲得了10個連鎖群，與其染色體數一致，標記間的平均間隔、圖譜總長度、圖譜覆蓋率分別為1.23cM、653.36cM、97.04%。另外熊本牡蠣整合遺傳圖譜標記間的平均間隔達到0.75cM。圖1 高密度遺傳連鎖圖譜根據兩個作圖家系的表型數據和遺傳連鎖圖譜，共定位了35個與殼生長相關QTL位點，可解釋的表型遺傳變異為6.1-26.4%（殼高）、4.9-20.0%（殼長）。通過基因組基因比對，在QTL上共鑒定出22個候選基因，其中Polycystin基因具有最大LOD值和最高可解釋的表型變異（26.4%-殼高/20.0%-殼長）。該成果在兩種牡蠣中首先克隆了Polycystin基因的全序列；q-PCR發現在牡蠣外套膜中表達水平最高，破殼試驗中其表達水平隨著貝殼形成過程發生變化，原位雜交也發現該基因表達于外套膜外褶和中褶邊緣區域；不同發育階段的定量表達分析，發現在兩種牡蠣中從受精卵開始表達量逐漸升高并在囊胚期達到最高峰，該基因可能參與了牡蠣殼早期發育的鈣離子儲存，為擔輪幼蟲及后期牡蠣殼發育提供基礎；RNAi技術成功抑制該基因表達后，通過掃描電鏡發現新生貝殼出現礦物層沉積不規則的現象。綜上所述，Polycystin基因很可能通過介導鈣離子運輸的方式參與了牡蠣殼形成。圖2 功能驗證Polycystin基因參與了牡蠣殼形成本研究首次構建了香港牡蠣和熊本牡蠣的高密度遺傳連鎖圖譜并定位了殼生長相關QTL位點，并證明Polycystin基因參與了牡蠣殼形成，研究結果將為兩種牡蠣的分子育種提供理論基礎和技術支撐。該成果得到了廣東省自然科學基金、國家自然科學基金、國家貝類產業技術體系、科技部重點研發計劃、廣東省重點研發計劃、海南省重點研發計劃和廣州市重點研發計劃等項目的聯合資助。相關論文信息：High-resolution genetic maps and QTL mapping applications reveal Polycystin gene involvement in oyster shell formation. iScience,2025,28: 113986.?原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.isci.2025.113986

2025-11-24

廣州地化所劉亮、徐義剛等-SA：成分巖石圈在地幔柱作用下的物質再分布塑造規模迥異的洋底隆起

?長期以來，熱點隆起（Hotspot Swell）的形成被認為與地幔柱活動密切相關，但對于那些分布范圍更廣、高度更低的“超級隆起”（Superswell）的成因（圖1），學界始終未能達成共識。近日，一項發表在Science Advances的研究，對兩類洋底隆起的成因提出了新見解，為理解地幔柱的深部動力學演化過程與淺表響應提供了新思路。圖1. “典型”熱點隆起（夏威夷，a-c）與“超級隆起”（東南太平洋，d-f）?該項研究由中國科學院廣州地球化學研究所徐義剛院士團隊、西班牙ICM-CSIC?Jason P. Morgan教授團隊、及美國哈佛大學的W. Jason Morgan教授（已故）共同完成。研究團隊通過綜合分析天然觀測數據與數值模擬結果，嘗試解讀了洋底隆起的寬度隨大洋年齡的增長而降低、而高度則相應增高的趨勢。圖2. 洋底熱點隆起規模與大洋年齡的關系?為了總結洋底熱點隆起的特征，研究團隊參考已有的洋底熱點目錄，統計了其寬度和平均高度（移除洋底冷卻沉降效應之后）（圖2）。通過分析發現，位于>50 Ma洋底的熱點隆起傾向于呈現狹窄且高聳的形態，而位于<20 Ma洋底的熱點隆起則主要表現為寬闊且低矮的形態。此外，在靠近洋中脊的區域，熱點隆起會沿著與中脊平行的方向延伸，導致長軸上的高度/寬度小于短軸。這些觀測結果表明，普通的熱點隆起與更寬闊的超級隆起分別傾向于在古老和年輕的大洋板塊上發育。?為了深入探究這一規律背后的動力學機制，研究團隊構建了可壓縮型數值模型，模擬了地幔柱與不同年齡大洋巖石圈之間的相互作用（圖3）。模擬結果成功再現了熱點隆起規模的演化趨勢（圖4）。結果顯示，無論是普通熱點隆起還是超級隆起，都可能源于地幔柱與大洋巖石圈的相互作用（圖3）。研究團隊強調，年輕大洋板塊之下存在著由洋中脊熔融抽取形成的、粘滯殘余“成分巖石圈”（Compositional Lithosphere）。當大洋年齡較小時，這種成分巖石圈的厚度會顯著大于“熱巖石圈”（Thermal Lithosphere），并且比后者具有更小的密度與粘度。當地幔柱物質上升到淺部時，成分巖石圈會因受到縱向擠壓而在橫向上發生形變，表現為地幔柱周邊的局部加厚（圖3f）。隨著大洋年齡的降低，巖石圈整體粘度會降低，其受到地幔柱擠壓后的加厚范圍則會增加，進而導致淺表隆起范圍的擴大；但由于單位時間內上涌的地幔柱物質有限，熱點隆起的平均高度也會相應降低（圖4）。因此，年輕大洋成分巖石圈受地幔柱沖擊后的物質再分布被認為是導致超級隆起形成的關鍵因素。（類似上涌導致巖石圈物質再分布的現象也見于Liang Liu et al., 2025, Nat Commun, 16(1), 7603. 其中，深部上涌誘發的離散流場會將上涌中心的巖石圈底部物質往兩側推擠，導致中心處巖石圈薄于兩側，以至淺表出現不同程度的沉降）。圖3. 典型熱點隆起（a-c）與超級隆起（e-f）的數值模擬結果圖4.?模型呈現的熱點隆起規模與大洋年齡的相關性?該項研究較好呈現了巖石圈的“蓋層”效應（Lid Effects），有效地展示了熱巖石圈對地幔熔融的限制作用（圖5a-5b）。模擬結果顯示，地幔柱在上升過程中，可在地幔過渡帶、~260公里深度處及巖石圈底部發生不同程度的滯留，為解讀對應層位存在的地震波不連續界面以及大洋巖石圈地震學LAB的本質提供新思路（圖5c-5e）。研究還發現，前人對地核熱流通量的估算方法大多基于對熱點隆起規模的測量。然而，本研究表明，相同地幔柱體積下的熱點隆起規模會隨著大洋年齡的變化而變化，這意味著以往的估算可能存在較大偏差。因此，該研究為重新審視地核熱流通量的估算方法提供了依據。圖5. 模型中地幔柱的熔融行為（a-b）、物質運移（c）、溫度演化（d）、縱向結構（e）等結果的匯總?綜上，本研究不僅為理解地幔柱導致的熱點隆起規模提供了新視角，也為探索地幔柱的深部動力學演化過程及其淺表響應開辟了新思路。通過綜合天然觀測數據與數值模擬結果，研究揭示了地幔柱導致巖石圈物質再分布的淺表響應形式，強調了大洋成分巖石圈對地幔柱上涌和地幔熔融的關鍵制約作用。研究進一步表明，地幔柱在大洋板塊下方的活動頻率可能高于以往認識，且其影響范圍可能更為廣泛。?劉亮副研究員是本文的第一作者、共同通訊作者，J.?P.?Morgan教授為本文的共同通訊作者。該項工作受到國家重點研發計劃—常規項目和青年科學家項目以及國家自然基金委項目的聯合資助。論文信息：Liu, L.*（劉亮），Morgan, J.P.*，Xu, Y.G.（徐義剛），Long, S.M.，De Montserrat?A.，Morgan, W. Jason，2025，Science Advances. 11(46).全文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ady1276.

2025-11-17

廣州地化所王曉、趙時真、李軍等-ES&T：清潔空氣行動下我國大氣PAHs來源與健康風險演變

????近日，中國科學院廣州地球化學研究所先進環境裝備與污染防治技術全國重點實驗室張干研究員團隊取得了大氣多環芳烴（PAHs）污染源解析與風險演變研究的新進展。團隊將黑碳的放射性碳同位素豐度（BC-14C）引入正定矩陣分解（PMF）模型，解決了其中生物質燃燒源與化石燃燒源分配不足的瓶頸問題，并解析了2008-2020年我國清潔空氣行動兩階段（2013-2017年第一階段、2018-2020年第二階段）PAHs的來源演變與健康風險變化，為PAHs污染精準管控與公共健康防護提供了科學依據。相關成果于10月13日在線發表于《Environmental Science & Technology》。????PAHs是一類具有高毒性的有機污染物，其中16種被美國環保署（USEPA）列為優先控制污染物。我國一直是大氣PAHs的排放大國。PAHs與大氣黑碳（BC）均是有機質燃燒的產物，二者呈典型的“污-碳同源”共排放。PMF模型是PAHs來源解析的重要手段，但僅以16種優控PAHs作為模型變量，仍難以精準區分生物質燃燒與化石燃燒貢獻，其原因在于不同來源PAHs的分子指紋具有較高的相似性。同時，現有的管控措施多聚焦于PAHs總濃度下降，對其毒性變化與健康風險的動態關聯認識不足，尤其缺乏不同政策階段來源貢獻與風險演變的系統研究。????針對上述問題，中國科學院廣州地球化學研究所博士后王曉與趙時真副研究員、李軍研究員等合作，分析了2008-2020年間我國21個典型城市（圖1）大氣中的優控PAHs，并將可精準區分化石源（煤燃燒、交通源）與非化石源（生物質燃燒）的BC-14C引入PMF模型，以有效約束模型對PAHs的來源分配。團隊還計算了苯并[a]芘等效濃度（BaPeq），評估了其終生肺癌增量風險（ILCR）。????團隊發現，我國清潔空氣行動對PAHs污染的調控效果呈現出顯著的階段性差異（圖2）。第一階段（2013-2017年），依托末端治理措施（如工業提標、淘汰落后產能）與清潔供暖改造，北方地區PAHs濃度大幅下降49.4%，其中供暖季降幅達59.5%，主要緣于煤燃燒排放減少；第二階段（2018-2020年），改善明顯放緩，北方PAHs濃度僅小幅下降，南方基本持平，生物質燃燒排放保持穩定，而交通源貢獻持續上升。????團隊還發現，第二階段呈現出“PAHs總濃度下降但毒性上升”的重要趨勢（圖3）。PAHs的苯并[a]芘當量（BaPeq，毒性指標）在第一階段下降45.5%后，卻在第二階段反彈上升45.2%（2017年4.2 ng/m3?升至2020年6.1 ng/m3）。在第二階段，大氣苯并[a]芘（I類致癌物）濃度超過國家環境空氣質量標準（1 ng/m3）3倍以上，致各人群（成人、兒童、老年人）終生肺癌增量風險（ILCR）均超過USEPA可接受閾值（1.0×10–6）且呈上升趨勢。這與交通源貢獻增加直接相關；交通源排放的高環PAHs（如苯并[a]芘、茚并[1,2,3-cd]芘）的生物可及性更強，更易引發健康危害。????該研究首次通過與PAHs具同源性的BC的14C豐度約束PMF模型源解析，厘清了清潔空氣行動下PAHs來源的階段性演變，強調交通源已成為當前我國PAHs毒性與健康風險上升的重要驅動因素。未來需加強遏制交通源PAHs排放，協同推進污染減排與健康風險削減。????王曉為該論文的第一作者，趙時真和李軍為共同通訊作者，哈爾濱工業大學馬萬里教授和中國科學院煙臺海岸帶研究所田崇國研究員為主要合作者。該研究受到國家自然科學基金重點項目、重大項目和青年項目、廣東省基礎與應用基礎研究重大項目，和中國博士后科學基金等項目的資助。論文信息：Wang, X（王曉）.; Zhao, S.（趙時真）; Tang, J.（唐嬌）; Yao, C.（姚楚鑫）; Tian, L.（田樂樂）; Tian, C.（田崇國）; Ma, W.（馬萬里）; Zhang, G.（張干）; Li, J.（李軍）, Decadal Shifts in PAH Sources and Health Risks in China under Clean Air Actions. Environmental Science & Technology 2025, 59, (42), 22749-22758.論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.est.5c08543圖1. 中國典型城市在2008、2013、2017、2020年開展的四次外場觀測采樣點分布圖；（b）2008、2013、2017和2020年北方地區采暖季（HS-N）、南方地區采暖季（HS-S）、北方非采暖季（Non-HS-N）和南方非采暖季（Non-HS-S）PAHs濃度的變化趨勢。（c）2008、2013、2017和2020年13種PAHs的濃度和相對貢獻的分布特征。圖2. （a）2013、2017和2020年PMF模型初始結果與引入14C-BC約束結果中PAHs四種來源之間的貢獻比較。（b）兩次清潔空氣政策階段，燃煤、生物質燃燒、交通排放及其他來源PAHs濃度的下降趨勢。（c）2008、2013、2017和2020年中國南方和北方的采暖季（HS）和非采暖季（Non-HS）不同來源PAHs濃度的季節性和區域性變化。圖3. 清潔政策驅動下大氣PAHs“濃度水平-來源結構-毒性效應”的動態變化趨勢示意圖

2025-10-31

廣州地化所黃曉晴、張艷利、王新明等-JGR-A：城區消耗臭氧層物質與氫氟碳化物的高頻觀測及排放約束

?過去數十年，在《蒙特利爾議定書》及其修正案推動下，全球消耗臭氧層物質（ODS）排放顯著下降，但一些ODS的意外排放國際社會廣泛關注；與此同時，作為ODS替代品的氫氟碳化合物（HFCs）使用與排放迅速增長。HFCs是強溫室效應氣體，隨著《基加利修正案》啟動HFCs削減，應對全球HFCs排放持續攀升已成為新的挑戰。?作為全球最大的ODS與HFCs生產和消費國，中國亟需建立獨立、可靠且高質量的區域大氣觀測體系，把握大氣濃度變化并通過自上而下反演校核自下而上排放清單。以往ODS和HFCs長期觀測，主要集中在全球或區域背景點，這有利于避免局地影響、有效反映長期演變趨勢。然而，ODS和HFCs是人為活動產物，在城區開展觀測，能更快速、更強烈地感受區域排放“脈膊”。珠江三角洲作為全球最大的城市-工業集聚區之一，是ODS和HFCs使用和排放的關鍵熱點區域，在這一地區城市背景點開展連續觀測，有利于厘清排放格局、制定針對性減排策略。?中國科學院廣州地球化學研究所王新明研究員和張艷利研究員課題組黃曉晴博士后等，解決了ODS和HFCs城區連續觀測“記憶效應”的難題，自2021年起，在珠江三角洲城區背景點對50余種鹵代痕量氣體開展高精度在線觀測。近期，研究團隊集中分析了2022年4月至2023年3月為期一年的高頻、高精度在線觀測數據，重點分析了我國受控的16種主要ODS與HFCs的濃度變化特征，并對其排放水平進行約束與評估。?研究發現，氟氯烴（CFCs）和哈龍這些已淘汰的ODS物種，其城市本底值僅比北半球基線濃度高1–5%（圖1），且持續下降，顯現我國履約成效；但冬季頻發的CFC-113與CFC-13異常高值，常與HFC-23（HCFC-22生產的副產物）高值同步出現（圖2），它們主要不是本地排放，而是異地大氣傳輸來源，且可能與氟化工生產中部分ODS作為原料使用或反應副產物的排放泄露有關。進一步用示蹤劑法估算結果顯示，2022年中國東南部CFC-113與CFC-13總排放約占全球的31%（圖3）。夏季HCFCs和HFCs濃度顯著升高，可達冬季平均濃度的2倍（圖2），制冷設備運行與維護過程的泄露是這類物質的主要來源。估算結果顯示，2022-2023年中國東南部HFC-32與HFC-125總排放可達39 ± 8 Tg CO2-eq yr-1，約占本研究16種物質總排放的32%以及我國溫室氣體總排放量的0.3%（圖3）。?在氣候變暖、空調保有量增長背景下，這些CFCs替代產物排放可能進一步加劇。高時間分辨率長期監測一方面可驗證區域減排成效，而在重點城市或工業區開展這種監測，還能及時發現排放方面的新問題新動向，為有效監管與核算提供支撐，有助于生產、消費、回收與安全銷毀等環節的“全鏈條”減排。?本研究受到國家自然科學基金委創新研究群體項目、國家重點研發計劃項目、廣東省科技廳、廣州市科技局等項目的聯合資助。相關研究成果近期發表在Journal of Geophysical Research:?Atmospheres期刊。?論文信息：?Huang,X.?(黃曉晴),Zhang,Y.*?(張艷利),Wang,Y.?(王儀),Xiao,C.?(肖春麟),Ran,H.?(冉浩汎),?and Wang,X.*?(王新明),?2025.?Year-long high-frequency observations of 16 regulated ODS and HFCs in urban Guangzhou,South China: implications for regional emissions. Journal of Geophysical Research: Atmospheres,130,e2025JD044612?論文鏈接：https://doi.org/10.1029/2025JD044612??圖1 ODS與HFCs城市本底濃度相對于全球背景的年平均增量圖2 ODS與HFCs濃度時間序列（urban_bl：城市本底濃度；單位：ppt）圖3?中國東南部（2022-2023年）ODS和HFCs排放與前期研究的比較

2025-11-11

廣州地化所王志兵、韋剛健等-NC：現代海洋鉬（Mo）同位素與通量更新：基于深海氧化沉積物的新約束

?地球大氣與海洋的氧氣含量，從早期近乎為零的狀態逐步攀升至接近現代水平（圖1），這一演化過程在塑造地球演化歷史、為生命起源與繁盛創造必要條件，以及推動地球宜居環境形成等方面，發揮著不可替代的關鍵作用。重建地質歷史時期大氣與海洋的氧氣含量及演化過程，是當前地球科學領域的重要課題。其中，利用氧化還原敏感型地球化學指標重建大氣與海洋氧氣含量，是該領域最核心的研究方法。海相地層中的氧化還原敏感元素（如?S、Mo、Fe、Cr、Ce、U 等）及其同位素組成，能夠記錄海水的氧化還原狀態，因此常被用于解譯遠古時期大氣與海洋的氧化還原演化過程。在眾多指標中，鉬（Mo）因其豐度與同位素組成對氧化還原條件具有獨特的響應特征，已成為重建古大氣與海洋氧化還原環境的經典替代指標。然而，要利用Mo的豐度與同位素組成準確重建地質歷史時期全球海洋的氧化還原演化過程，前提是精準厘清現代海洋Mo循環過程及其同位素收支平衡機制。圖 1. 地質歷史時期地球大氣氧氣含量演化樣式圖，展示了從過去到現在大氣氧氣含量隨時間的變化趨勢，數據來源為 Lyons et al.,Nature 2014。?????盡管目前已有大量研究明確了海洋Mo主要源匯的同位素組成特征，但全球Mo同位素收支平衡仍存在顯著不確定性。當前主流模型普遍假設，鐵錳結殼與結核可代表所有海洋氧化沉積物的同位素組成特征。然而，該假設忽略了富含鐵錳（氫）氧化物深海氧化沉積物—其總體體量遠超過鐵錳結殼與結核的總和。這類以鐵錳（氫）氧化物顆粒包膜及微結核為典型特征的深海氧化沉積物，是海洋Mo元素重要的氧化性匯。上述儲庫體量的巨大差異，使得 “以鐵錳結殼與結核作為整個海洋氧化沉積物匯同位素組成代表” 的合理性備受質疑。此外，鐵錳結殼與結核所吸附Mo的同位素組成特征，可能與遠洋沉積物中鐵錳（氫）氧化物顆粒所吸附的同位素特征存在差異，這種差異或導致不同儲庫中自生?δ??Mo 值產生顯著分異。圖2. 西太平洋深海沉積物的地球化學特征及采樣位置。（A–B）采樣站位示意圖（黃色五角星表示采樣點）。（C–D）整體沉積物中鉬（Mo）與錳（Mn）及鐵（Fe）含量關系圖。圖中同時展示了來自印度洋和太平洋的綜合數據集（n = 1,955）。???為解決上述不確定性、深化對全球海洋Mo同位素收支平衡的認知，亟需對富含鐵錳（氫）氧化物的深海遠洋沉積物開展系統的Mo同位素組成研究。針對這一科學問題，中國科學院廣州地球化學研究所同位素地球化學學科組王志兵副研究員、韋剛健研究員等，聯合中國地質調查局青島海洋地質研究所鄒亮研究員等展開研究。團隊選取西太平洋海域的兩個深海遠洋沉積物巖芯為研究對象（圖 2），系統調查了深海沉積物全巖及不同相態 Mo 同位素的空間分布特征（圖 3）。研究結果顯示，研究區深海沉積物的?δ??Mo 值介于 -0.55‰至 0.19‰之間，顯著高于鐵錳結核與結殼的 δ??Mo 值（-0.70‰）。該研究最顯著的發現是，巖芯中鉬同位素組成隨深度呈現逐漸升高的趨勢：巖芯 XT19 的 δ??Mo 值由 -0.52±0.04‰升高至0.12±0.08‰；巖芯 GC112 的 δ??Mo 值由 -0.55±0.04‰升高至 0.19±0.03‰（圖 3）。這種垂向變化規律與太平洋南部及中部海域的觀測結果相似，暗示其可能具有全球普遍性。同時，基于兩份巖芯的?δ??Mo 值變化趨勢與?Mo/Ti 比值的升高、Mn/Mo 及?Fe/Mo 比值的降低呈現顯著一致性（圖?3），研究團隊推測：深海沉積物 δ??Mo 隨深度逐漸偏重的機制，可能是由底層海水鉬向沉積物的滲透作用，以及隨后在深部沉積物柱中的循環過程共同驅動。圖3. 西太平洋深海沉積物中隨深度變化的鉬同位素與金屬比值。該圖展示全巖樣品以下參數的深度剖面：（A）錳鈦比（Mn/Ti）、（B）鐵鈦比（Fe/Ti）、（C）鉬鈦比（Mo/Ti）、（E）鐵鉬比（Fe/Mo）、（F）錳鉬比（Mn/Mo）；（D）同時呈現全巖沉積物（空心符號）與提取的鐵錳（氫）氧化物相（實心符號）的鉬同位素值（δ??Mo）。“mbsf” 表示海底以下深度（單位：米）。作為參考，黃色條帶代表水成鐵錳結殼與結核的平均 δ??Mo 值（-0.70±0.14‰）。???最后，通過整合本次研究獲得的分析數據與已發表的深海遠洋沉積物Mo濃度及同位素數據，計算得出氧化性沉積物Mo輸出通量為?1.52×10? mol/y，其對應的 δ??Mo 值為 -0.09±0.23‰。研究人員進一步依據上述參數修正了全球Mo元素和同位素收支平衡模型（圖 4）。修正后的平衡模型不僅深化了對深海遠洋沉積物在全球Mo循環中貢獻的認知，同時提升了基于Mo同位素的古海洋學重建精度。更新后的全球Mo同位素質量平衡模型表明，以往研究顯著高估了古海洋 euxinic 環境（即缺氧且富含硫化氫的環境）的海底分布范圍（圖 5）。圖 4. 海洋鉬（Mo）同位素質量平衡的最新模型。該示意圖展示了全球Mo收支平衡中的主要輸入項（紫色圓圈：河流輸入、低溫熱液輸入）與輸出項（綠色圓圈：各類沉積物、高溫熱液輸出）。每個圓圈的大小與估算通量成正比，通量數值標注于圓圈內（單位：×10? mol / 年，黑色字體）。本模型的概念框架基于 Little 等人（2025 年）的研究成果。圖?5. 海水δ??Mo與海洋匯分布關系的模擬結果。該模型基于?euxinic 匯（FEUX）、還原態匯（FRED）及氧化態匯（FOX）的相對占比，展示了海水?δ??Mo 的穩態值。紅色圓點代表現代鉬同位素收支平衡狀態，淺藍色陰影區域為不合理的質量平衡解。帶箭頭標注的陰影區域則呈現了隨深海氧化程度增強，海水?δ??Mo 值的預測變化趨勢（據?Chen 等人，2015 年修改）。????該研究成果近期發表于國際知名刊物?Nature?Communications。王志兵副研究員為第一作者和通訊作者，中國地質調查局青島海洋地質研究所鄒亮研究員為共同通訊作者。該項研究獲得了國家重點研發計劃，國家自然科學基金、中國地質調查局地質調查二級項目，廣東省基礎與應用基礎研究基金等項目支持。廣東海洋地質調查局鄧義楠教授提供了部分深海沉積物樣品。?論文信息：?Zhibing Wang*,Jie Li,Bangqi Hu,Liang Zou*,Xue Ding,Le Zhang,Jinlong Ma,Gangjian Wei. Revised Oceanic Molybdenum Isotope Budget from Deep-Sea Pelagic Sediments.?Nat Commun 16,10086 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-65006-5論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-65006-5

2025-11-21

廣州地化所管世東等-GCA：第一性原理揭示磷在核幔分異過程中的分配機制

????磷是DNA與RNA的必需組分，其地球化學行為對行星分異和生命演化研究具有重要指示意義。作為典型的中等親鐵元素，磷的金屬/硅酸鹽分配系數對壓力（P）和溫度（T）極為敏感，是限定早期巖漿洋熱力學條件的關鍵參數?，F有研究表明：硅酸鹽地球（BSE）的磷豐度出現明顯虧損（圖1），其虧損機制被認為與核幔分異有關，即在核幔分異過程中，磷在高壓下的親鐵性導致大量的磷進入地核。然而，在核幔分異所對應的高壓條件下，磷的分配行為至今仍未厘清。并且現有低壓（<20 GPa）實驗數據顯示，磷的擬合結果呈現多種價態。這種價態分歧外推至高壓區間，顯著放大了分配系數的不確定性。圖1：以CI球粒隕石為基準，經Mg歸一化的硅酸鹽地球元素豐度隨50%冷凝溫度的變化。圖2：前人實驗及本研究不同價態磷在金屬和硅酸體系中的分配系數。?????針對上述問題，中國科學院廣州地球化學研究所博士研究生管世東在導師王煜研究員和杜治學研究員的指導下，聯合美國普林斯頓大學鄧杰團隊，采用第一性原理分子動力學方法，系統考察了10–135 GPa、3000–5000 K條件下三種價態（+5、+2、0價）磷的分配特征。結果表明，各價態分配系數均隨壓力出現展現明顯升高趨勢（圖2）。在高壓端元，磷的分配系數極高——這意味著早期增生階段進入地球的磷，幾乎盡數被地核“吸走”，從而為核幔分異導致BSE磷虧損提供了直接證據。圖3：（a）單階段及（b）多階段增生模型?????結合早期地球增生模型，傳統單階段模型假設地球僅經歷一次核幔分異。模擬表明，在該模型對應的核幔分異壓力（圖3a灰色區）下，磷的分配系數過高，與BSE觀測值（紫色區）不符。為達到現階段BSE中磷的觀測值，必須考慮多階段增生模型，并引入末期大撞擊的化學不平衡機制：地球經歷多次核幔分異，而最后數次巨型撞擊因規模大、混合時間短，其金屬核無法與周圍地幔充分平衡，直接并入原始地核。進一步研究表明，若末期撞擊體已分異，則需至少兩次完全不平衡事件（圖3b）；若撞擊體保持未分異，則單次約6 %地球質量的碳質球粒隕石（CC）胚胎撞擊即可滿足BSE磷觀測約束。本研究首次將多價態磷的高壓分配行為量化，為非平衡增生模型提供了關鍵證據。????該成果于近日發表在國際地學期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上，本研究得到國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項以及廣東省自然科學基金的資助。論文信息：Guan,SD (管世東),Luo,HY (羅海洋),Du,ZX (杜治學),Deng,J (鄧杰),Wang,Y* (王煜),2025. Ab initio?simulations on metal-silicate partitioning of phosphorus during Earth’s core formation,Geochimica et Cosmochimica Acta?411,39-49,https://doi.org/10.1016/j.gca.2025.11.017.

2025-11-25