中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所（中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所地址）

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本文目錄:

• 1、中國十大科研院所

• 2、科學(xué)家通過一粒月壤，看到了月球上的太陽風(fēng)化

• 3、中科院地質(zhì)與地球物理研究所是公務(wù)員嗎

• 4、蔡春芳等-Geology等：盆地內(nèi)甲烷產(chǎn)生與氧化作用

一、中國十大科研院所

近些年，中國科學(xué)院下設(shè)的研究院所在考研中熱度逐年攀升，作為國內(nèi)頂尖的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，擁有多家研究院所，也招收研究生，那么，中科院有哪些比較厲害的研究院所呢？

1.中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院

2.中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院

3.中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所

4.中國科學(xué)院植物研究所

5.中國科學(xué)院化學(xué)研究所

6.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所

7.中國科學(xué)院高能物理研究所

8.中國科學(xué)院大氣物理研究所

9.中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所

10.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所

二、科學(xué)家通過一粒月壤，看到了月球上的太陽風(fēng)化

經(jīng)過成千上萬年的風(fēng)吹、日曬和雨淋，一塊堅(jiān)硬的巖石最終會(huì)風(fēng)化成肥沃的土壤。風(fēng)化作用雖然短時(shí)間內(nèi)不易察覺，但卻一直改變著地球上的地形地貌。

不僅地球，月球上的風(fēng)化作用每天也都在上演。

中科院地質(zhì)地球所等科研團(tuán)隊(duì)的月壤研究又有新成果發(fā)布！科學(xué)家獲得了月壤顆粒表面關(guān)鍵物質(zhì)的太空風(fēng)化作用信息。這一成果日前在國際學(xué)術(shù)期刊《地球物理研究快報(bào)》上發(fā)表。

太空風(fēng)化作用過程及不同礦物相的響應(yīng)模型

數(shù)十億年來，月球表面遭受了強(qiáng)烈的太空風(fēng)化作用，包括微隕石撞擊、太陽風(fēng)及銀河宇宙射線的輻射，不同礦物的表層結(jié)構(gòu)受太空風(fēng)化作用的影響不同。這些過程極大地改造了月球表面物質(zhì)的微觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分。

中科院地質(zhì)地球所聯(lián)合北京高壓科學(xué)中心、國家空間科學(xué)中心的科研團(tuán)隊(duì)，利用系列分析方法，獲得了單個(gè)嫦娥五號(hào)月壤顆粒表面的硅酸鹽、氧化物、磷酸鹽和硫化物的太空風(fēng)化作用信息。

不過，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所高級(jí)工程師說：“由于月壤顆粒的尺寸微小且微觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以區(qū)分微隕石撞擊和太陽風(fēng)輻照的特征差異，目前科學(xué)家對(duì)太空風(fēng)化作用機(jī)制的認(rèn)識(shí)還不夠清晰?！绷硗?，隕石的撞擊可能是隨機(jī)事件，但太陽風(fēng)的照射與緯度有關(guān)。

美國阿波羅計(jì)劃、前蘇聯(lián)月球號(hào)采集的樣本都處于月球的低緯度范圍。不同于美國阿波羅計(jì)劃、蘇聯(lián)月球號(hào)采集的樣品——處于月球的低緯度范圍，而我們通過嫦娥五號(hào)采樣的樣本位于中緯度地區(qū)。谷立新表示，嫦娥五號(hào)樣品為月球不同緯度的空間風(fēng)化研究提供了獨(dú)特的視角。

月壤顆粒表面形貌。中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所提供

拿到樣本后，研究人員利用單顆粒樣品操縱、掃描電鏡形貌觀察、聚焦離子束精細(xì)加工、透射電鏡結(jié)構(gòu)解析等一系列分析方法，獲得了嫦娥五號(hào)樣品單顆粒表面多相物質(zhì) （硅酸鹽、氧化物、磷酸鹽和硫化物） 受到相同太空環(huán)境下的不同微觀結(jié)構(gòu)響應(yīng)。得益于多種電鏡技術(shù)，我國科研人員這次也終于“看清”了嫦娥五號(hào)月球樣品背后的太空風(fēng)化作用機(jī)制。

“同一個(gè)月壤顆粒上的這些物質(zhì)，受到太空輻照條件的影響是一致的，為我們進(jìn)行對(duì)比研究提供了基礎(chǔ)?！惫攘⑿抡f。

研究結(jié)果顯示，長時(shí)間暴露在外的月壤顆粒表面的礦物相都存在富含硅、氧元素的再沉積層，往下是太陽風(fēng)輻照損傷層。但是，“太陽風(fēng)輻照損傷層的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分變化與基體礦物的種類有關(guān)?！惫攘⑿聫?qiáng)調(diào)。

此前，我國科學(xué)家進(jìn)行的月壤研究已取得多項(xiàng)研究成果：

三、中科院地質(zhì)與地球物理研究所是公務(wù)員嗎

中科院地質(zhì)與地球物理研究所是一所國家的科研單位，這沒有錯(cuò)。但是在其中的工作人員，并不是國家公務(wù)員，這是兩個(gè)不同的系統(tǒng)。國家公務(wù)員是有國家公務(wù)員編制的、在政府部門工作的、有一定執(zhí)法權(quán)力的或者國家管理權(quán)力的工作 人員。而研究所里的工作 人員，是以“研究”為開職的，是事業(yè)單位編制人員，不是公務(wù)員。

四、蔡春芳等-Geology等：盆地內(nèi)甲烷產(chǎn)生與氧化作用

甲烷不僅關(guān)系到人類賴以生存的能源問題，也被認(rèn)為與地質(zhì) 歷史 上的氧化事件和雪球地球事件關(guān)系密切。一般認(rèn)為，太古代大氣富含甲烷，大氧化事件的可能原因之一就是甲烷生成量減少或甲烷從地球上逃逸；然而，尚不能排除甲烷的厭氧氧化作用（AOM）。現(xiàn)代海洋中，生物甲烷90%以上被硫酸鹽所消耗，但是太古代的海洋富含鐵錳而貧硫酸鹽，于是科學(xué)家猜測，鐵錳的還原可能是當(dāng)時(shí)甲烷降低的重要原因。迄今為止，在前寒武地層中尚未發(fā)現(xiàn)甲烷被鐵錳氧化的記錄。

中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所蔡春芳研究員與研究生扈永杰、王道偉等，通過研究含油氣盆地中天然氣、原油和自生礦物，闡明了生物甲烷的產(chǎn)生，發(fā)現(xiàn)了甲烷被硫酸鹽和高價(jià)錳氧化物氧化的記錄，并提出了新的識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)成果促進(jìn)了地球早期甲烷循環(huán)的研究。

生物甲烷主要形成于低溫、貧硫酸鹽的缺氧分層水體或沉積物中，是乙酸發(fā)酵或二氧化碳還原作用的產(chǎn)物。這一成因的甲烷也被稱為原生甲烷。實(shí)際上，生物甲烷還可以形成于油氣藏中烷烴的生物降解作用，被稱為次生甲烷。例如，在塔里木盆地塔河油田5000-6500 m高溫（>130 ）油氣藏中曾發(fā)現(xiàn)生物甲烷，其δ 13 C 介于- 51.9‰與-47.3‰、δ 2 H介于-327.8‰與-192.4‰之間，而伴生的CO 2 -δ 13 C CO2 分布范圍為-0.7‰ +15.3‰，原油因發(fā)生了明顯的生物降解作用，富含25-降藿烷和17-降三萜烷，顯示甲烷形成于原油微生物降解，為典型的二氧化碳還原作用成因，而使得殘余的CO 2 發(fā)生明顯的正偏移。生物甲烷通常含有少量的乙烷等重?zé)N，統(tǒng)稱生物氣，生物氣以烷烴氣中甲烷含量高于95%為特征。塔河天然氣中甲烷在烷烴氣中的含量僅約為85%，且甲烷δ 13 C高于典型的生物甲烷，說明塔河烷烴氣是生物甲烷與熱成因天然氣混合的產(chǎn)物（圖1）。

甲烷的有氧和厭氧氧化是地球具有宜居性的主要原因之一?，F(xiàn)代海洋SO 4 2- 濃度為28 mM，硫酸鹽驅(qū)動(dòng)的AOM是最主要的甲烷消耗作用。而在天然氣藏中，甲烷還會(huì)因?yàn)榱蛩猁}礦物（石膏、硬石膏、天青石、重晶石）的溶解提供SO 4 2- 而發(fā)生低溫（120 ）熱化學(xué)的硫酸鹽還原作用(即MSR或TSR；Machel et al., 1995; Cai et al., 2003)。這兩者作用具有類似的化學(xué)反應(yīng)方程式。盡管Machel et al.（1995）從反應(yīng)物、產(chǎn)物和反應(yīng)條件多方面，提出了綜合的區(qū)分標(biāo)志，但是，在實(shí)踐中仍然難以區(qū)分（Cai et al.,2005; Zhang et al., 2006）。其中一個(gè)原因是，自然界中的MSR與TSR的溫度界線不是固定的，會(huì)因環(huán)境而發(fā)生變化。因此有必要開展了MSR和TSR主要產(chǎn)物黃鐵礦和方解石原位微區(qū)稀土元素和硫同位素組成研究。蔡春芳團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MSR成因的黃鐵礦主要形成于近地表到淺埋藏環(huán)境，具有海水般的稀土元素配分曲線特征以及超球粒隕石的Y/Ho比值（圖2）。這類黃鐵礦在燈影組的硫同位素δ 34 S變化范圍是-36.8‰到34.8‰。其中，單顆粒黃鐵礦δ 34 S變化范圍可達(dá)58.3‰。黃鐵礦δ 34 S和砷元素的含量具有正相關(guān)關(guān)系。與之相反，TSR成因的黃鐵礦主要形成于深埋環(huán)境，并且稀土元素配分曲線不具有海水特征，其Y/Ho比值具有球粒隕石般的特征（圖2）。原位硫同位素測試顯示從邊緣-中心-邊緣橫切面上，TSR成因的黃鐵礦晶體具有U型和鐘型的硫同位素分布特征，而BSR成因黃鐵礦以鐘型的硫同位素分布特征為主。TSR的另一產(chǎn)物—方解石則富集輕稀土元素，并具有很高的Y/Ho比值 (全巖測試：69.9 16.5；LA-ICP-MS：85.8 14.2)，認(rèn)為是由于Y具有和輕稀土元素相似的有機(jī)質(zhì)絡(luò)合能力。

相較于硫酸鹽還原作用，鐵錳還原作用研究程度較低。盡管近年來報(bào)道了一些現(xiàn)代淡水湖泊沉積物和實(shí)驗(yàn)?zāi)M研究中鐵錳還原作用，但是，有機(jī)質(zhì)或甲烷氧化—鐵錳還原作用在地層記錄中很少識(shí)別出來。為此，他們還開展了準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖地區(qū)早三疊世淡水湖泊沉積物的研究，發(fā)現(xiàn)礫巖或砂礫巖方解石膠結(jié)物微區(qū)d 13 C值輕達(dá)-58.1‰，很可能來自AOM。與現(xiàn)代海洋不同的是，沉積物中缺乏硫酸鹽和黃鐵礦礦物，沉積環(huán)境貧硫酸鹽，說明AOM不可能由硫酸鹽驅(qū)動(dòng)；但研究也發(fā)現(xiàn)，方解石微區(qū)原位MnO含量高達(dá)9.2 wt%，與d 13 C值之間具有正相關(guān)關(guān)系，顯示 12 CH 4 被優(yōu)先氧化成為方解石，導(dǎo)致隨著氧化作用（CO 2 /C 1-5 +CO 2 ）的增強(qiáng)，烷烴氣中甲烷相對(duì)含量降低，d 13 C 1 發(fā)生正偏移，表明AOM是由錳驅(qū)動(dòng)的（圖3）。然而，與MSR/TSR區(qū)分類似，不易確定氧化錳與甲烷之間的反應(yīng)究竟是高溫?zé)峄瘜W(xué)的，還是低溫生物作用成因。他們開展了方解石的團(tuán)簇同位素分析，結(jié)果顯示，第一期極端富 12 C-方解石主要形成于低溫微生物錳還原作用，當(dāng)時(shí)儲(chǔ)層中只充注了生物甲烷；而高溫?zé)峄瘜W(xué)錳還原形成的富錳方解石具有碳同位素組成相對(duì)較重的特點(diǎn)，當(dāng)時(shí)油氣藏中已經(jīng)發(fā)生了液態(tài)烴和濕氣的成藏作用，于是，第二期方解石形成于相對(duì)高溫下原油與錳氧化物之間的氧化還原反應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)研究太古代地球海洋甲烷和錳（甚至鐵）循環(huán)、大氧化事件和雪球事件具有啟示作用，同時(shí)，對(duì)勘探甲烷氣藏和計(jì)算殘余甲烷資源量具有意義。

研究成果發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊 Geology 與 Chemical Geology ，成果受國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41730424、4181101560）等資助。

1.蔡春芳 * ，李開開，劉大衛(wèi), Cedric M. John, 王道偉, Bin Fu, Mojtaba Fakhraee, 何宏, 馮連君, 姜磊. Anaerobic oxidation of methane by Mn oxides in sulfate-poor environments[J]. Geology , 2021, 49: 761–766. DOI: 10.1130/G48553.1.

2.扈永杰, 蔡春芳 * , 劉大衛(wèi), 彭燕燕, 魏天媛, 蔣子文, 馬榮圖, 姜磊. Distinguishing microbial from thermochemical sulfate reduction from the upper Ediacaran in South China[J]. Chemical Geology , 2021: 583: 120482. DOI: 10.1016/j.chemgeo.2021.120482.

3.王道偉, 蔡春芳 * , 云露, 曹自成, 張俊, 戚宇, 劉景彥, 蔣子文, 扈永杰. Geochemical evidence for secondary microbial gas in deep hot reservoirs of the Tarim Basin[J]. Chemical Geology , 2022: 587: 120630. DOI: 10.1016/j.chemgeo.2021.120630.

美編：傅士旭

校對(duì)：江淑敏

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