文章目录
1、Composition of continental crust altered by the emergence of land plants
2、Eocene emergence of highly calcifying coccolithophores despite declining atmospheric CO2
3、Divergent change in particulate and mineral-associated organic carbon upon permafrost thaw
4、Revealing the spatiotemporal complexity of the magnitude distribution and b-value during an earthquake sequence
5、Marine phosphate availablity and the chemical origins of life on Earth
6、Evolution of tropical land temperature across the last glacial termination
7、The Holocene temperature conundrum answered by mollusk records from East Asia
8、Enhanced ocean oxygenation during Cenozoic warm periods
9、Precursor-free eruption triggered by edifice rupture at Nyiragongo volcano
10、Africa’s oldest dinosaurs reveal early suppression of dinosaur distribution
11、Identification of carbon dioxide in an exoplanet atmosphere
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Composition of continental crust altered by the emergence of land plants
在古生代时期陆地植物的演变改变了地球的生物圈。由于地球表面和内部是由构造过程联系在一起的，生物圈和沉积岩的联系演化应该被记录为大陆地壳成分的近代转变。为了验证这一假设，我们评估了在俯冲区形成的锆石的同位素特征，其中海洋沉积物被输送到地幔中，从而记录了表面环境和地球深处的相互作用。利用岩浆锆石的氧和镥-铪同位素分别追踪表面风化（与时间无关）和放射性衰变（与时间有关），该研究发现4.3亿年前大陆地壳的组成与维管植物进化相关的沉积系统的复杂性和稳定性的开始是一致的。陆地植被的扩展带来了通道式沙床和蜿蜒的河流、泥泞的洪泛区和更厚的土壤，延长了最终海洋沉积前的风化时间。总之，研究结果表明，维管植物的演化与风化程度和沉积物流向沉积盆地的时间尺度相耦合，它们随后被俯冲和熔化。锆石的晚古生代同位素转变表明大陆的绿化是在地球深处有记录。
文章来源: Nature Geoscience
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41561-022-00995-2
主要作者：Christopher J. Spencer*
学科：地球化学，植物，地壳
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Eocene emergence of highly calcifying coccolithophores despite declining atmospheric CO2
球粒藻（一组单细胞钙化浮游植物），自2亿年化石记录中首次出现其产生的方解石板块（球粒）以来一直是海洋碳酸盐生成的主要贡献者。这一过程在进化时间尺度上对环境变化的反应仍然不太清楚，特别是在温暖气候中。该研究整合了一个数据集，该数据集由来自海洋沉积物的粒径分离球粒方解石的碳同位素比率组成，并采用细胞尺度模型来研究始新世（~55–34Ma）的细胞碳通量和pCO2，即过去一亿年中地球上最热的时间间隔。该研究表明，在始新世上升到主导海洋的大型球粒体比之前具有更高的钙化碳固定率，而较小的球粒体则相反。这些变化发生在海洋碱化加剧的背景下，可能在减少pCO2的明显正碳循环反馈中发挥了作用。该研究还为始新世总体pCO2随温度下降提供了基于多道证据的独立证据。总之，这对新出现的观点提出了挑战，即pCO2的普遍下降会在进化的时间尺度上减少钙化。
文章来源: Nature Geoscience
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41561-022-01006-0
主要作者：L. M. Claxton*
学科：pCO2， 碳循环， 球粒藻
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Divergent change in particulate and mineral-associated organic carbon upon permafrost thaw
永久冻土融化会刺激微生物分解并使土壤碳（C）损失，可能引发碳气候的正反馈。早期研究集中在土壤碳整体的动态过程，而在土壤碳的分区方面研究有限。为了探究不同功能区，包括颗粒和矿物相关的有机碳（POC和MAOC），以及与铁结合的有机碳（OC-Fe），对永久冻土融化的响应，本文作者对青藏高原上一个永久冻土融化序列和五个受热岩溶影响的点位进行系统测量。结果表明，随着，表层土壤中POC含量显著降低，MACO含量稳定，OC-Fe由于永久冻土融化后铁氧化物富集而积累。此外MAOC和OC-Fe的比例随融化序列和大多数热岩溶点位的增加而增加。在热岩溶的长期演化中，相对富集的稳定土壤碳组分将减缓微生物分解，削弱其对气候变暖的反馈。
文章来源: Nature Communications
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-32681-7
主要作者：Futing Liu, Yuanhe Yang*
学科：永久冻土融化，土壤碳，土壤功能区
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Revealing the spatiotemporal complexity of the magnitude distribution and b-value during an earthquake sequence
地震震级-频率分布（MFD）通常使用（锥形）Gutenberg-Richter关系进行建模，其主要参数b控制了小地震和大地震的相对比值，解决b值的时空变化对理解地震发生过程和改进地震预报至关重要。然而我们尚未理解b值的变化。本文作者使用了高精度地震目录，展示了2016/2017意大利中部地震序列显著的MFD模型复杂的变化，隔离的地震活动体（地震集群）表明MFD在附近不同的地震集群中有随时间变化或不变，最终在发生最大地震的集群处b值增加。其结果表明断层系统的异质性和复杂性会影响MFD。本文的研究结果提出了“b值是什么”的问题：解释和使用MFD的变化需要一个具有物理意义的时空尺度。
文章来源: Nature Communications
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-32755-6
主要作者：Marcus Herrmann*
学科：地震震级-频率分布，b值
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Marine phosphate availablity and the chemical origins of life on Earth
生命起源以前的系统化学表明，高浓度的磷酸盐对构建合成分子以及维持初始细胞系统是必需的条件。然而目前对矿物溶解度的了解预测大多数天然水体中的磷酸盐浓度可以忽略不计，但在地球上普遍存在的Fe2 的作用很难量化。本文作者构建了Fe(II)-磷酸盐在合成海水中溶解度为pH值和离子强度的函数，将这些观测结果整合到热力学模型中，用以预测一系列水环境中磷酸盐的浓度，并借由现代缺氧沉积物中孔隙水的结果加以验证。实验和模型表明，Fe2 显著增加了所有磷酸盐矿物在缺氧体系中的溶解度，这表明冥王星和太古宙海水中的磷酸盐浓度比目前估计的高约10^3-10^4倍。表明海水很容易满足新生细胞系统和早期微生物生命对磷的需求，可能在有氧光和作用出现期间促进初级生产。
文章来源: Nature Communications
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-32815-x
主要作者：Mattew P. Brady, Nicholas J. Tosca*
学科：磷酸盐浓度，古海水化学特性，生命演化
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Evolution of tropical land temperature across the last glacial termination
西热带太平洋拥有地表最温暖的区域，对全球气候系统具有重大影响。对该地区古温度的重建可以阐明热带和极地气候的联系以及热带温度对温室强迫的敏感性。然而现有的数据较为模糊，来自地面记录的可靠数据尤为匮乏。本文作者利用北婆罗洲一个年代久远的石笋作为古温度计，其精准地限制西太平洋陆地温度变化的幅度和时间。结果表明，洞穴温度从末次盛冰期到全新世增加了4.4 -0.3˚C （2SEM），当校正海平面引起洞穴相对海拔变化后相当于3.6 -0.3˚C（2SEM）。此次变暖紧随大气中的二氧化碳和南半球变暖。当气温上升时，其与水文气候中滴水δ18以显著干燥的形式反映的北半球降温事件形成对比。本文的结果显示热带温度对温室强迫的密切相应与热带环流模式的变化无关。
文章来源: Nature Communications
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-32712-3
主要作者：M. H. Løland*
学科：西热带太平洋，古气候（末次冰期-全新世），石笋
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The Holocene temperature conundrum answered by mollusk records from East Asia
来自地质记录的全新世年平均温度（MAT）重建的季节性偏差（暖季贡献）被认为是与气候模拟温度不匹配的可能原因。本文分析了最能反映季节信号的陆地软体动物群（assemblages），并提供了过去 20,000 年中国北方的定量 MAT 和四个季节温度记录。从基于软体动物的四个季节平均值的季节性温度估计的 MAT 显示温度在约 9000-4000 年前达到峰值，随后出现降温趋势。一般来说，夏季和冬季气温对MAT的贡献明显大于春季和秋季气温。每个季节的相对贡献随时间而变化，并且与每个季节的季节性日照大致对应。这一来自东亚中纬度软体动物记录的独立证据不支持在气候模拟中观察到的全新世长期变暖趋势和季节性偏差解释。
文章来源: Nature Communications
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-32506-7
主要作者：Yajie Dong*, Naiqin Wu*
学科：中国北方地区，古气候（20,000 yr.)，陆地软体动物
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Enhanced ocean oxygenation during Cenozoic warm periods
古气候记录可以帮助探索ODZ在比现代更温暖的时期的可能变化范围。本文利用有孔虫结合态氮(N)同位素表明，中中新世气候最适期(MMCO)和早始新世气候最适期(EECO)期间热带北太平洋东部水体反硝化作用显著减弱。由于反硝化作用仅限于缺氧水域，我们的结果表明，在这两个新生代的持续温暖期，ODZ是收缩的，而不是扩张的。ODZ收缩可能是由于热带太平洋上升流引起的生物生产力下降，这将减少地下的氧气需求。另外，南大洋促进深海通风可能削弱了海洋的“生物碳泵”，从而增加了深海的氧气。这一机制决定了ODZ的收缩是与气候变暖同步发生的，还是需要几个世纪或几千年的时间才能形成。因此，虽然我们从新生代得出的结果不一定适用于近期的未来，但它们可能意味着全球变暖最终可能导致ODZ收缩。
文章来源: Nature
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-05017-0
主要作者：Alexandra Auderset, Alfredo Martínez-García*
学科：古气候，海洋缺氧区域
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Precursor-free eruption triggered by edifice rupture at Nyiragongo volcano
火山喷发的经典机制主要涉及压力的积聚和岩浆向地表上升。这种过程产生的地球物理和地球化学信号可以被探测到，并被解释为喷发前兆。2021年5月22日，尼拉贡戈火山(位于刚果民主共和国)是一座开放式火山，其顶部的火山口内有一个持续的熔岩湖，它在没有明显的前奏的情况下产生了大约6小时的侧面喷发，随后——而不是之前——岩浆侧向运动进入地壳，动摇了这种解释。在这里，我们表明，这种逆转的序列极有可能是由建筑物的破裂引发的，产生了致命的熔岩流，并引发了长达25公里的大量堤坝入侵。该堤坝在戈马(刚果民主共和国)和吉塞尼(卢旺达)城市以及基伍湖下方的极浅深度(不到500米)向南延伸。这次火山危机对控制这种喷发的机制提出了新的问题，并可能揭示更危险的事件：例如在人口密集的城市地区的喷发、深海岩浆活动或天然气丰富的基伍湖的湖泊喷发。它还更普遍地强调了当大量岩浆储存在接近地表的地方时，露天火山在监测、早期探测和风险管理方面面临的挑战。
文章来源: Nature
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-05047-8
主要作者：D. Smittarello*
学科：火山喷发，地球物理，地球化学
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Africa’s oldest dinosaurs reveal early suppression of dinosaur distribution
形成中新生代陆地生态系统的脊椎动物谱系起源于三叠纪盘古大陆。在晚三叠世（卡尼期，约2.35亿年前），国际化的“灾难动物”已经让位于超大陆上高度特有的群落。测试这种特有现象形成的速度和方式具有挑战性ーー在晚三叠世期间，在盘古大陆 各地传播的地理障碍很少。相反，古纬度气候带，而不是大陆边界，被认为有控制分布。在这个高度特有的时期，恐龙开始分散，从而提供了一个机会来测试这种生物地理模式的时间和驱动因素。增加采样可以检验这一预测：如果恐龙最初是在古纬度驱动的特有现象下分散的，那幺中南部非洲卡尼期沉积地层中应该存在与南美洲和印度相似的组合，包括最早的恐龙。在这里，我们报告了来自津巴布韦的一个新的食肉恐龙组合，其中包括非洲最古老的确定恐龙，包括蜥脚类恐龙Mbiresaurus raathi gen.et sp.nov的几乎完整的骨架。该组合类似于其他带恐龙的食肉动物组合，表明类似的脊椎动物群分布在高纬度的南泛大陆。第一批恐龙的分布与古纬度相关的气候屏障有关，恐龙向超大陆其他部分的扩散被推迟，直到这些屏障放松，这表明气候控制影响了持续到今天的陆地动物群的初始组成。
文章来源: Nature
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-05133-x
主要作者：Christopher T. Griffin*
学科：古生物，古气候
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Identification of carbon dioxide in an exoplanet atmosphere
二氧化碳(CO2)是一种存在于广泛的行星大气中的关键化学物质。在系外行星的环境中，CO2是金属富集(即比氦重的元素，也称为“金属丰度”)的指示器，因此是热气体巨行星原生大气的形成过程。它也是在陆地系外行星的次级大气中探测到的最有希望的物种之一。之前对于有斯皮策空间望远镜的行星的光度测量已经给出了二氧化碳存在的迹象，但是由于缺乏明确的光谱识别，还没有得到明确的探测结果。在这里，我们介绍了气态巨型系外行星 WASP-39b 大气中 CO2的检测，这些结果来自于作为早期释放科学计划(ERS)的一部分，由 JWST 获得的透射光谱观测。本研究使用的数据波长范围为3.0 -5.5 μm，在4.3 μm 处显示出明显的 CO2吸收特征(26σ 显著)。总体光谱与一维的10倍太阳金属丰度模式相匹配，该模式假定辐射-对流-热化学平衡，并具有适度的云不透明度。这些模型预测，除了二氧化碳之外，大气中应该还有水、一氧化碳和硫化氢，但甲烷含量很少。此外，我们还初步探测到在4.0微米附近的一个小的吸收特征，这些模型没有再现。
文章来源: Nature
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-05269-w
主要作者：JWST Transiting Exoplanet Community Early Release Science Team
学科：行星大气
————南大地科研究生会————
文案 | 徐雯峤 耿嘉琪 程永贤 曲扬
编辑 | 胡赋晨
审核 | 王孝磊 汤晓茜
本导读由南京大学地球科学与工程学院研究生会博士学术部原创，并授权《沉积学报》今日头条号转载
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