文章目錄

1.Genetic model of the El Laco magnetite-apatite deposits by extrusion of iron-rich melt

2.Hidden pressurized fluids prior to the 2014 phreatic eruption at Mt Ontake

3.Intercomparison of regional loss estimates from global synthetic tropical cyclone models

4.Seismic events miss important kinematically

governed grain scale mechanisms during shear failure of porous rock

5.Exhumation and tectonic history of inaccessible subglacial interior East Antarctica from thermochronology on glacial erratics

6.Resolving puzzles of the phase-transformation-based mechanism of the strong deep-focus earthquake

7.The biogeochemical balance of oceanic nickel cycling

8.Negligible atmospheric release of methane from decomposing hydrates in mid-latitude oceans

9.Calcium dissolution in bridgmanite in the Earth’s deep mantle

10.Ion regulation at gills precedes gas exchange and the origin of vertebrates

11.Warm pool ocean heat content regulates ocean–continent moisture transport

12.Fusible mantle cumulates trigger young mare volcanism on the cooling Moon

1

Genetic model of the El Laco magnetite-apatite deposits by extrusion of iron-rich melt

磁鐵礦-磷灰石型礦床是鐵和其它金屬的重要來(lái)源，智利北部埃爾拉科火山的富磁鐵礦熔巖是一個(gè)著名的該類礦床。但是這類礦床的形成過程仍然存在爭(zhēng)議。該文作者檢驗(yàn)了這類礦床是由富鐵熔體從硅質(zhì)巖漿中分離并沿火山塌陷形成的裂隙上升而形成的這一假說。作者通過熱力學(xué)模擬結(jié)合已發(fā)表的數(shù)據(jù)來(lái)論證了埃爾拉科火山熔巖的熔體包裹體是由Fe-Si流體不混溶形成的，并且提供了富鐵和富硅熔體的黏度數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估不混溶流體分離的時(shí)間和空間尺度。基于巖石變形模型，作者發(fā)現(xiàn)火山塌陷能形成延伸至火山側(cè)翼的破壞區(qū)，成礦流體沿破壞區(qū)上升并由于脫氣噴發(fā)至地表。該項(xiàng)研究結(jié)果支持了埃爾拉科礦床的巖漿成因。地球化學(xué)和巖相學(xué)結(jié)構(gòu)的相似性表明其他的磁鐵礦-磷灰石型礦床與埃爾拉科礦床有著相似的成因。

文章來(lái)源: Nature Communications

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-33302-z

主要作者：Tobias Keller*

學(xué)科：磁鐵礦-磷灰石型鐵礦，流體不混溶，埃爾拉科火山

2

Hidden pressurized fluids prior to the 2014 phreatic eruption at Mt Ontake

很多火山噴發(fā)并不會(huì)在地表噴出巖漿。2014年御岳山火山就發(fā)生了這類的噴發(fā)，導(dǎo)致至少58名登山者喪生，這是日本近一個(gè)世紀(jì)以來(lái)最嚴(yán)重的火山災(zāi)害。數(shù)十項(xiàng)研究試圖探尋這類火山噴發(fā)的前兆并揭示其噴發(fā)機(jī)理，但尚未得到明確的結(jié)論。該研究基于連續(xù)的地震記錄，揭示了火山噴發(fā)前五個(gè)月由巖漿侵位導(dǎo)致波速和體應(yīng)力的變化，而過去認(rèn)為這段時(shí)間火山是完全不活動(dòng)的。作者通過相關(guān)矩陣特征值分布和前沿的人工深度學(xué)習(xí)模型等新方法將地震波速的變化定位火山上部應(yīng)力的變化上。應(yīng)力的變化觸發(fā)了可探測(cè)的形變和地震。該研究對(duì)利用火山-熱液系統(tǒng)上的地震臺(tái)站探測(cè)承壓流體和火山活動(dòng)監(jiān)測(cè)具有啟示意義。

文章來(lái)源: Nature Communications

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-32252-w

主要作者：Corentin Caudron*

學(xué)科：火山蒸汽噴發(fā)，火山監(jiān)測(cè)

3

Intercomparison of regional loss estimates from global synthetic tropical cyclone models

熱帶颶風(fēng)會(huì)對(duì)生命和財(cái)產(chǎn)產(chǎn)生毀滅性的損失。歷史颶風(fēng)資料的匱乏使得難以對(duì)颶風(fēng)災(zāi)害進(jìn)行充分的評(píng)估。因此，集成的全球颶風(fēng)模型應(yīng)運(yùn)而生。盡管目前已有研究對(duì)這些模型的颶風(fēng)產(chǎn)生的準(zhǔn)確性進(jìn)行評(píng)估，但是尚未有研究評(píng)估這些模型能否用于颶風(fēng)災(zāi)害的估計(jì)。該項(xiàng)研究評(píng)估了四種不同的全球集成颶風(fēng)數(shù)據(jù)集在預(yù)測(cè)陸地受影響的范圍、颶風(fēng)災(zāi)害產(chǎn)生周期、極端事件的發(fā)生概率及災(zāi)害強(qiáng)度上進(jìn)行了比較。研究發(fā)現(xiàn)模型在極端颶風(fēng)災(zāi)害的評(píng)估上存在差異，尤其是在颶風(fēng)活動(dòng)弱的盆地。例如，不同模型對(duì)北印度洋百年一遇的颶風(fēng)造成的直接經(jīng)濟(jì)損失模擬結(jié)果從四百億到兩千億美元不等。該研究還為不同研究目的對(duì)合適模型的選擇提供了進(jìn)一步發(fā)建議。

文章來(lái)源: Nature Communications

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-33918-1

主要作者：Simona Meiler*

學(xué)科：颶風(fēng)災(zāi)害評(píng)估

4

Seismic events miss important kinematically governed grain scale mechanisms during shear failure of porous rock

當(dāng)沿?cái)鄬訋Х植嫉男〕叨攘严稄姆€(wěn)定的裂隙生長(zhǎng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)力學(xué)破壞的狀態(tài)時(shí)會(huì)導(dǎo)致脆性多孔材料的災(zāi)難性破壞。由于這種轉(zhuǎn)變過程非常迅速，對(duì)于該過程精細(xì)的微尺度機(jī)理的理解很匱乏并且很難直接對(duì)微尺度過程進(jìn)行直接觀測(cè)。該研究通過控制巖石變形實(shí)驗(yàn)中的微裂隙生成速率減緩這個(gè)轉(zhuǎn)變過程，并通過聲學(xué)檢測(cè)及原位X射線成像技術(shù)直接觀測(cè)變形過程中的微觀機(jī)制。該研究發(fā)現(xiàn)地震波的幅度并非總是和局部應(yīng)變強(qiáng)度相關(guān)，大的局部應(yīng)變往往對(duì)應(yīng)小的地震信號(hào)，反之亦然。局部應(yīng)變通常不產(chǎn)生地震波信號(hào)，這可以部分地用沿剪切帶分布的顆粒和裂隙的旋轉(zhuǎn)來(lái)解釋。此外，根據(jù)斷層帶局部形變和剪切應(yīng)力所計(jì)算的剪切破壞程度只有整體形變計(jì)算值的一半。

文章來(lái)源: Nature Communications

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-33855-z

主要作者：Alexis Cartwright-Taylor*

學(xué)科：巖石剪切形變，微觀形變機(jī)制

5

Exhumation and tectonic history of inaccessible subglacial interior East Antarctica from thermochronology on glacial erratics

冰雪覆蓋的東南極洲的地質(zhì)、構(gòu)造歷史以及地貌演化是所有大陸中最知之甚少的。源自大陸內(nèi)部并沉積在橫貫?zāi)蠘O山脈側(cè)翼的冰磧物中的巖塊為東南極內(nèi)陸的地質(zhì)演化歷史提供了材料。巖石結(jié)晶年齡和冰川流向 表明這些冰川漂礫并非來(lái)自當(dāng)?shù)貦M貫?zāi)蠘O山脈，而是來(lái)自南極洲內(nèi)陸甘布爾澤夫冰下山脈這類遙遠(yuǎn)的內(nèi)陸地區(qū)。該研究對(duì)這些巖屑開展了低溫?zé)崮甏鷮W(xué)工作，來(lái)約束其多階段的剝露歷史。寒武紀(jì)-奧陶紀(jì)及侏羅紀(jì)的快速冷卻期分別對(duì)應(yīng)與泛非大陸的聚合和岡瓦納超大陸的裂解有關(guān)的重要?jiǎng)兟妒录Ｗ髡甙l(fā)現(xiàn)盡管白堊紀(jì)的快速冷卻事件與橫貫?zāi)蠘O山脈的形成在時(shí)間上有重合，但是卻沒有更年輕的冷卻事件，這說明東南極內(nèi)陸新生代的構(gòu)造活動(dòng)和冰川剝露并不顯著。

文章來(lái)源: Nature Communications

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-33791-y

主要作者：Paul G. Fitzgerald*

學(xué)科：東南極，低溫?zé)崮甏鷮W(xué)

6

Resolving puzzles of the phase-transformation-based mechanism of the strong deep-focus earthquake

發(fā)生在350-660 km的深源地震通常被認(rèn)為是由于橄欖石-尖晶石的相變?cè)斐傻摹５沁@個(gè)過程的一些機(jī)制仍不清楚：1. 從地質(zhì)尺度的速率到地震的應(yīng)變速率的機(jī)制是什么？在沒有相變的情況下能不能發(fā)生？2. 在數(shù)百萬(wàn)年的時(shí)間內(nèi)都沒有完全轉(zhuǎn)化為尖晶石的亞穩(wěn)態(tài)橄欖石是如何在數(shù)秒內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)榧饩模?. 如何將由剪切應(yīng)力主導(dǎo)的地震信號(hào)與體積改變主導(dǎo)的相變應(yīng)力相聯(lián)系起來(lái)？該研究引入了幾個(gè)全新的概念并將之結(jié)合在一起來(lái)量化解決以上幾個(gè)問題。作者將橄欖石的相變視為由塑性應(yīng)變引起的并且為剪切帶內(nèi)耦合的形變—相變放熱過程找到了三維解析解。這個(gè)解析解可預(yù)測(cè)異常的相變誘發(fā)塑性過程及由于相變誘發(fā)塑性過程與應(yīng)變誘發(fā)相變的正向熱機(jī)械化學(xué)的反饋誘發(fā)的自放大形變—相變放熱過程的發(fā)生條件。這個(gè)過程導(dǎo)致了體系溫度達(dá)到了相變發(fā)生后在剪切帶內(nèi)使自放大剪切生熱過程發(fā)生的臨界溫度。該發(fā)現(xiàn)改變了地球物理中對(duì)深源地震觸發(fā)機(jī)制和塑性流動(dòng)過程中的相變機(jī)制的主要概念。

文章來(lái)源: Nature Communications

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-33802-y

主要作者：Valery I. Levitas*

學(xué)科：深源地震, 橄欖石-尖晶石相變

7

The biogeochemical balance of oceanic nickel cycling

鎳是海洋生物的必要元素之一，它不僅參與各種生物地球化學(xué)過程，如甲烷生成、固氮、固碳等，也在生命的進(jìn)化過程中發(fā)揮了重要作用。對(duì)海洋鎳循環(huán)過程的研究有助于了解鎳對(duì)現(xiàn)代海洋和古海洋中生物群的生物學(xué)作用，并有助于預(yù)測(cè)未來(lái)海洋的化學(xué)性質(zhì)及未來(lái)氣候變化。為探討鎳在天然海水中的不穩(wěn)定性，該研究基于全球生物地球化學(xué)環(huán)流模型和貧營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的北太平洋環(huán)流中浮游植物中鎳的生物利用度分析，發(fā)現(xiàn)天然表層海水中的1.8nM 鎳具有生物可利用性和化學(xué)上的不穩(wěn)定性。另外，研究結(jié)果表明在上升洋流中鎳元素的消耗速度緩慢，并且生物吸收和再生過程、鎳在生物體內(nèi)的可逆和礦化過程均對(duì)海洋中鎳的垂直分布造成了巨大影響。

文章來(lái)源: Nature Geoscience

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41561-022-01045-7

主要作者：Seth G. John*

學(xué)科：海洋生物地球化學(xué)，鎳循環(huán)

8

Negligible atmospheric release of methane from decomposing hydrates in mid-latitude oceans

天然氣水合物能將甲烷留在冰狀沉積物中，這對(duì)抑制全球變暖有著重要意義。但是，這些含天然氣水合物的沉積物可能因海洋、大氣溫度升高而不穩(wěn)定，從而造成甲烷氣體的排放。該研究通過對(duì)靠近美國(guó)西海岸（太平洋）和東海岸（大西洋）中緯度地區(qū)的近地表水域中的甲烷濃度及天然放射性碳含量進(jìn)行分析測(cè)試，發(fā)現(xiàn)表層海水中檢測(cè)到的CH4不太可能來(lái)自沉積物中天然氣水合物的熱分解，這表明逃逸到大氣中的甲烷的來(lái)源與水合物分解無(wú)關(guān)。

文章來(lái)源: Nature Geoscience

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41561-022-01044-8

主要作者：DongJoo Joung*

學(xué)科：天然氣水合物，海洋沉積物

9

Calcium dissolution in bridgmanite in the Earth’s deep mantle

準(zhǔn)確的礦物學(xué)知識(shí)對(duì)于理解占地球一半以上體積的下地幔是必不可少的。CaSiO3鈣鈦礦是整個(gè)下地幔中第三豐富的礦物，僅次于布里奇曼石和鐵方鎂石。該研究的實(shí)驗(yàn)表明，在2300K和超過40GPa的條件下，鈣在布里奇曼石中的溶解度急劇增加，達(dá)到一個(gè)足以使地幔巖中所有CaSiO3成分完全溶解到布里奇曼石中的水平，導(dǎo)致CaSiO3鈣鈦礦在沿地?zé)岬葴鼐€深度超過1800公里處消失。因此，該研究提出一種從較淺的下地幔中雙鈣鈦礦疇(two-perovskite domain, TPD; 布里奇曼石和CaSiO3鈣鈦礦)到更深的下地幔中單鈣鈦礦疇(single-perovskite domain, SPD; 富鈣布里奇曼石)的轉(zhuǎn)變。鐵對(duì)于增加鈣在布里奇曼石中的溶解度似乎十分關(guān)鍵。溫度驅(qū)動(dòng)的性質(zhì)導(dǎo)致從TPD到SPD轉(zhuǎn)變的深度會(huì)隨著溫度發(fā)生巨大的橫向變化(超過500公里)。此外，當(dāng)?shù)蒯Ｔ?jīng)更溫暖的時(shí)候，SPD應(yīng)該更厚。該研究的發(fā)現(xiàn)提出了修正深地幔礦物學(xué)模型的需求，并且會(huì)影響我們對(duì)該區(qū)域的組成、結(jié)構(gòu)、動(dòng)力學(xué)和演化的理解。

文章來(lái)源: Nature

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41586-022-05237-4

主要作者：Byeongkwan Ko*, Sang-Heon Shim*

學(xué)科：鈣鈦礦，布里奇曼石，下地幔

10

Ion regulation at gills precedes gas exchange and the origin of vertebrates

鰓的氣體交換和離子調(diào)節(jié)在脊椎動(dòng)物的演化中起著關(guān)鍵作用。據(jù)推測(cè)，鰓最初從干群脊椎動(dòng)物的皮膚中獲得了這些重要的平衡功能，從而促進(jìn)了更大、更活躍的生命模式的演化。然而，該假說在相關(guān)類群中缺少功能支持。本文中，我們描述了三種動(dòng)物的鰓和皮膚的功能，一種脊椎動(dòng)物（沙隱蟲；Entosphenus tridentatus），一種頭索動(dòng)物（文昌魚；Branchiostoma floridae），和一種半索動(dòng)物（柱頭蟲；Saccoglossus kowalevskii），它們都具有脊椎動(dòng)物祖先掘穴和濾食的特征。我們?yōu)榧棺祫?dòng)物的氣體交換起源于鰓提供了功能上的支持，因?yàn)樵隗w內(nèi)的直接測(cè)量顯示，只有在沙隱蟲體內(nèi)，只有當(dāng)體型增大或面臨氧氣的供需挑戰(zhàn)時(shí)，鰓才是氣體交換的主要部位。相反，三個(gè)類群的鰓都與離子交換有關(guān)。沙隱蟲的鰓承擔(dān)所有體型的全部離子通量，而文昌魚和柱頭蟲的鰓中離子調(diào)節(jié)的分子標(biāo)記比皮膚中的更多。這表明，鰓的離子調(diào)節(jié)比氣體交換更早起源，并且與脊椎動(dòng)物的體型和活動(dòng)無(wú)關(guān)，也許是在干群后口動(dòng)物剛開始有咽孔時(shí)。

文章來(lái)源: Nature

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41586-022-05331-7

主要作者：Michael A. Sackville*

學(xué)科：鰓，脊椎動(dòng)物，離子調(diào)節(jié)，氣體交換

11

Warm pool ocean heat content regulates ocean–continent moisture transport

現(xiàn)代氣候變化已經(jīng)表明，印度-太平洋暖池（Indo-Pacific Warm Pool, IPWP）通過向大氣釋放大量水蒸氣和潛熱并調(diào)節(jié)上層海洋熱含量在全球氣候中發(fā)揮著主導(dǎo)作用。然而，IPWP海洋熱含量的長(zhǎng)期變化及其對(duì)季風(fēng)水氣候的影響尚未得到充分研究。通過結(jié)合地球化學(xué)指標(biāo)和瞬變氣候模擬，該研究發(fā)現(xiàn)過去36萬(wàn)年IPWP上層(0 ~ 200m)海洋熱含量的變化顯示其受歲差周期的主導(dǎo)，同時(shí)受較弱的斜率周期影響，并隨著太陽(yáng)輻射量經(jīng)向梯度變化，只有30%-40%的消冰期海洋熱含量增加與全球冰量變化有關(guān)。在歲差尺度上，較高的上層海洋熱含量與IPWP表層海水中的氧同位素富集相關(guān)，并且伴隨著中國(guó)石筍記錄的東亞降水量的下降。利用同位素支持的海氣耦合模型，該研究認(rèn)為在歲差時(shí)間尺度上，是IPWP上層海洋熱含量的變化（而非表層海水溫度），通過水汽和潛熱的匯合，增強(qiáng)了海陸之間的水循環(huán)。從能量學(xué)的角度來(lái)看，上層海洋熱含量和季風(fēng)變化的耦合（兩者都由軌道時(shí)間尺度上的太陽(yáng)輻射量變化協(xié)調(diào)）對(duì)調(diào)節(jié)全球水氣候至關(guān)重要。

文章來(lái)源: Nature

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41586-022-05302-y

主要作者：Zhimin Jian*, Yue Wang*, Haowen Dang*

學(xué)科：印度-太平洋暖池，海洋熱含量，季風(fēng)水循環(huán)

12

Fusible mantle cumulates trigger young mare volcanism on the cooling Moon

嫦娥五號(hào)（ChangE-5, CE5）任務(wù)表明，月球火山活動(dòng)直到20億年前仍然活躍，比之前同位素定年的月球玄武巖要年輕許多。月球作為一個(gè)較小的天體，是如何保留了足夠的熱量來(lái)驅(qū)動(dòng)這些晚期的火山活動(dòng)仍是未知的，特別是CE5玄武巖的月幔源區(qū)是無(wú)水的，并不富含放射性生熱元素。該研究進(jìn)行了分離結(jié)晶和月幔熔融模擬，結(jié)果表明可熔、易熔融成分的存在會(huì)導(dǎo)致月幔熔點(diǎn)降低，從而觸發(fā)年輕的火山活動(dòng)。與古老的阿波羅巖漿相比，年輕的CE5玄武巖的初始巖漿含有更高的氧化鈣和二氧化鈦，因此，它來(lái)自月球巖漿洋晚期的堆晶體翻轉(zhuǎn)。月幔熔點(diǎn)的下降為“月球年輕火山成因”這一科學(xué)問題，提供了第一個(gè)與新返回的CE5玄武巖一致的機(jī)制。

文章來(lái)源: Science Advances

原文鏈接：https://doi.org/10.1126/sciadv.abn2103

主要作者：Bin Su*, Jiangyan Yuan (共同一作), Yi Chen*

學(xué)科：月球年輕火山成因，嫦娥五號(hào)玄武巖，月幔熔融

————南大地科研究生會(huì)————

文案 | 魏榆 丘靨 徐卉清 耿嘉琪 許石華 陳梓鑾 戴博凱

審核 | 王孝磊 湯曉茜

本導(dǎo)讀由南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院研究生會(huì)博士學(xué)術(shù)部原創(chuàng)，并授權(quán)《沉積學(xué)報(bào)》今日頭條號(hào)轉(zhuǎn)載