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

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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源，智利北部埃爾拉科火山的富磁鐵礦熔巖是一個著名的該類礦床。但是這類礦床的形成過程仍然存在爭議。該文作者檢驗了這類礦床是由富鐵熔體從硅質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。作者通過熱力學模擬結合已發表的數據來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據來評估不混溶流體分離的時間和空間尺度?；趲r石變形模型，作者發現火山塌陷能形成延伸至火山側翼的破壞區，成礦流體沿破壞區上升并由于脫氣噴發至地表。該項研究結果支持了埃爾拉科礦床的巖漿成因。地球化學和巖相學結構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。

文章來源: Nature Communications

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

主要作者：Tobias Keller*

學科：磁鐵礦-磷灰石型鐵礦，流體不混溶，埃爾拉科火山

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

很多火山噴發并不會在地表噴出巖漿。2014年御岳山火山就發生了這類的噴發，導致至少58名登山者喪生，這是日本近一個世紀以來最嚴重的火山災害。數十項研究試圖探尋這類火山噴發的前兆并揭示其噴發機理，但尚未得到明確的結論。該研究基于連續的地震記錄，揭示了火山噴發前五個月由巖漿侵位導致波速和體應力的變化，而過去認為這段時間火山是完全不活動的。作者通過相關矩陣特征值分布和前沿的人工深度學習模型等新方法將地震波速的變化定位火山上部應力的變化上。應力的變化觸發了可探測的形變和地震。該研究對利用火山-熱液系統上的地震臺站探測承壓流體和火山活動監測具有啟示意義。

文章來源: Nature Communications

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

主要作者：Corentin Caudron*

學科：火山蒸汽噴發，火山監測

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Intercomparison of regional loss estimates from global synthetic tropical cyclone models

熱帶颶風會對生命和財產產生毀滅性的損失。歷史颶風資料的匱乏使得難以對颶風災害進行充分的評估。因此，集成的全球颶風模型應運而生。盡管目前已有研究對這些模型的颶風產生的準確性進行評估，但是尚未有研究評估這些模型能否用于颶風災害的估計。該項研究評估了四種不同的全球集成颶風數據集在預測陸地受影響的范圍、颶風災害產生周期、極端事件的發生概率及災害強度上進行了比較。研究發現模型在極端颶風災害的評估上存在差異，尤其是在颶風活動弱的盆地。例如，不同模型對北印度洋百年一遇的颶風造成的直接經濟損失模擬結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合適模型的選擇提供了進一步發建議。

文章來源: Nature Communications

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

主要作者：Simona Meiler*

學科：颶風災害評估

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

當沿斷層帶分布的小尺度裂隙從穩定的裂隙生長狀態轉變為動力學破壞的狀態時會導致脆性多孔材料的災難性破壞。由于這種轉變過程非常迅速，對于該過程精細的微尺度機理的理解很匱乏并且很難直接對微尺度過程進行直接觀測。該研究通過控制巖石變形實驗中的微裂隙生成速率減緩這個轉變過程，并通過聲學檢測及原位X射線成像技術直接觀測變形過程中的微觀機制。該研究發現地震波的幅度并非總是和局部應變強度相關，大的局部應變往往對應小的地震信號，反之亦然。局部應變通常不產生地震波信號，這可以部分地用沿剪切帶分布的顆粒和裂隙的旋轉來解釋。此外，根據斷層帶局部形變和剪切應力所計算的剪切破壞程度只有整體形變計算值的一半。

文章來源: Nature Communications

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

主要作者：Alexis Cartwright-Taylor*

學科：巖石剪切形變，微觀形變機制

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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、構造歷史以及地貌演化是所有大陸中最知之甚少的。源自大陸內部并沉積在橫貫南極山脈側翼的冰磧物中的巖塊為東南極內陸的地質演化歷史提供了材料。巖石結晶年齡和冰川流向 表明這些冰川漂礫并非來自當地橫貫南極山脈，而是來自南極洲內陸甘布爾澤夫冰下山脈這類遙遠的內陸地區。該研究對這些巖屑開展了低溫熱年代學工作，來約束其多階段的剝露歷史。寒武紀-奧陶紀及侏羅紀的快速冷卻期分別對應與泛非大陸的聚合和岡瓦納超大陸的裂解有關的重要剝露事件。作者發現盡管白堊紀的快速冷卻事件與橫貫南極山脈的形成在時間上有重合，但是卻沒有更年輕的冷卻事件，這說明東南極內陸新生代的構造活動和冰川剝露并不顯著。

文章來源: Nature Communications

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

主要作者：Paul G. Fitzgerald*

學科：東南極，低溫熱年代學

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

發生在350-660 km的深源地震通常被認為是由于橄欖石-尖晶石的相變造成的。但是這個過程的一些機制仍不清楚：1. 從地質尺度的速率到地震的應變速率的機制是什么？在沒有相變的情況下能不能發生？2. 在數百萬年的時間內都沒有完全轉化為尖晶石的亞穩態橄欖石是如何在數秒內轉變為尖晶石的？3. 如何將由剪切應力主導的地震信號與體積改變主導的相變應力相聯系起來？該研究引入了幾個全新的概念并將之結合在一起來量化解決以上幾個問題。作者將橄欖石的相變視為由塑性應變引起的并且為剪切帶內耦合的形變—相變放熱過程找到了三維解析解。這個解析解可預測異常的相變誘發塑性過程及由于相變誘發塑性過程與應變誘發相變的正向熱機械化學的反饋誘發的自放大形變—相變放熱過程的發生條件。這個過程導致了體系溫度達到了相變發生后在剪切帶內使自放大剪切生熱過程發生的臨界溫度。該發現改變了地球物理中對深源地震觸發機制和塑性流動過程中的相變機制的主要概念。

文章來源: Nature Communications

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

主要作者：Valery I. Levitas*

學科：深源地震, 橄欖石-尖晶石相變

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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過程，如甲烷生成、固氮、固碳等，也在生命的進化過程中發揮了重要作用。對海洋鎳循環過程的研究有助于了解鎳對現代海洋和古海洋中生物群的生物學作用，并有助于預測未來海洋的化學性質及未來氣候變化。為探討鎳在天然海水中的不穩定性，該研究基于全球生物地球化學環流模型和貧營養物質的北太平洋環流中浮游植物中鎳的生物利用度分析，發現天然表層海水中的1.8nM 鎳具有生物可利用性和化學上的不穩定性。另外，研究結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、鎳在生物體內的可逆和礦化過程均對海洋中鎳的垂直分布造成了巨大影響。

文章來源: Nature Geoscience

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

主要作者：Seth G. John*

學科：海洋生物地球化學，鎳循環

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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定，從而造成甲烷氣體的排放。該研究通過對靠近美國西海岸（太平洋）和東海岸（大西洋）中緯度地區的近地表水域中的甲烷濃度及天然放射性碳含量進行分析測試，發現表層海水中檢測到的CH4不太可能來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源與水合物分解無關。

文章來源: Nature Geoscience

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

主要作者：DongJoo Joung*

學科：天然氣水合物，海洋沉積物

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Calcium dissolution in bridgmanite in the Earth’s deep mantle

準確的礦物學知識對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。該研究的實驗表明，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，達到一個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，導致CaSiO3鈣鈦礦在沿地熱等溫線深度超過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)的轉變。鐵對于增加鈣在布里奇曼石中的溶解度似乎十分關鍵。溫度驅動的性質導致從TPD到SPD轉變的深度會隨著溫度發生巨大的橫向變化(超過500公里)。此外，當地幔曾經更溫暖的時候，SPD應該更厚。該研究的發現提出了修正深地幔礦物學模型的需求，并且會影響我們對該區域的組成、結構、動力學和演化的理解。

文章來源: Nature

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

主要作者：Byeongkwan Ko*, Sang-Heon Shim*

學科：鈣鈦礦，布里奇曼石，下地幔

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

鰓的氣體交換和離子調節在脊椎動物的演化中起著關鍵作用。據推測，鰓最初從干群脊椎動物的皮膚中獲得了這些重要的平衡功能，從而促進了更大、更活躍的生命模式的演化。然而，該假說在相關類群中缺少功能支持。本文中，我們描述了三種動物的鰓和皮膚的功能，一種脊椎動物（沙隱蟲；Entosphenus tridentatus），一種頭索動物（文昌魚；Branchiostoma floridae），和一種半索動物（柱頭蟲；Saccoglossus kowalevskii），它們都具有脊椎動物祖先掘穴和濾食的特征。我們為脊椎動物的氣體交換起源于鰓提供了功能上的支持，因為在體內的直接測量顯示，只有在沙隱蟲體內，只有當體型增大或面臨氧氣的供需挑戰時，鰓才是氣體交換的主要部位。相反，三個類群的鰓都與離子交換有關。沙隱蟲的鰓承擔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節的分子標記比皮膚中的更多。這表明，鰓的離子調節比氣體交換更早起源，并且與脊椎動物的體型和活動無關，也許是在干群后口動物剛開始有咽孔時。

文章來源: Nature

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

主要作者：Michael A. Sackville*

學科：鰓，脊椎動物，離子調節，氣體交換

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Warm pool ocean heat content regulates ocean–continent moisture transport

現代氣候變化已經表明，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節上層海洋熱含量在全球氣候中發揮著主導作用。然而，IPWP海洋熱含量的長期變化及其對季風水氣候的影響尚未得到充分研究。通過結合地球化學指標和瞬變氣候模擬，該研究發現過去36萬年IPWP上層(0 ~ 200m)海洋熱含量的變化顯示其受歲差周期的主導，同時受較弱的斜率周期影響，并隨著太陽輻射量經向梯度變化，只有30%-40%的消冰期海洋熱含量增加與全球冰量變化有關。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，并且伴隨著中國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，該研究認為在歲差時間尺度上，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，增強了海陸之間的水循環。從能量學的角度來看，上層海洋熱含量和季風變化的耦合（兩者都由軌道時間尺度上的太陽輻射量變化協調）對調節全球水氣候至關重要。

文章來源: Nature

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

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

學科：印度-太平洋暖池，海洋熱含量，季風水循環

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Fusible mantle cumulates trigger young mare volcanism on the cooling Moon

嫦娥五號（ChangE-5, CE5）任務表明，月球火山活動直到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。月球作為一個較小的天體，是如何保留了足夠的熱量來驅動這些晚期的火山活動仍是未知的，特別是CE5玄武巖的月幔源區是無水的，并不富含放射性生熱元素。該研究進行了分離結晶和月幔熔融模擬，結果表明可熔、易熔融成分的存在會導致月幔熔點降低，從而觸發年輕的火山活動。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，它來自月球巖漿洋晚期的堆晶體翻轉。月幔熔點的下降為“月球年輕火山成因”這一科學問題，提供了第一個與新返回的CE5玄武巖一致的機制。

文章來源: 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*

學科：月球年輕火山成因，嫦娥五號玄武巖，月幔熔融

————南大地科研究生會————

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

本導讀由南京大學地球科學與工程學院研究生會博士學術部原創，并授權《沉積學報》今日頭條號轉載