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  生态环境要素的格网化表达可抽象为数学“曲面”。20世纪50年代初以来,该研究领域相继诞生克里格法、样条函数法、不规则三角网法、反距离加权法,以及趋势面分析、生态环境要素逼近等曲面建模方法,误差问题和多尺度问题是其面临的主要挑战。  近期,中国科学院地理科学与资源研究所研究员岳天祥团队将系统论、优化控制论和曲面论引入地球表层系统及其生态环境要素的曲面建模,建立可有效合成内蕴量和外蕴量的高精度曲面建模(HASM)方法,并通过对HASM理论发展和应用研究的提炼总结,形成地球表层系统建模基本定理和生态环境曲面建模基本定理。  该研究将地球表层系统及其生态环境要素按自然、自然贡献和自然变化驱动力来划分,将自然曲面、自然贡献曲面和自然变化驱动力曲面统称为生态环境曲面。在地球表层系统建模基本定理基础上,该研究演绎提出生态环境曲面建模基本定理,系统解释宏观格局信息和微观过程信息的信息完备性、信息处理方法的理论完备性在生态环境曲面建模的核心作用,并以京津冀地区为案例,对生态环境曲面建模基本定理关于空间升尺度、空间降尺度、空间插值、数据融合和模型-数据同化等推论进行实证研究和精度分析。  相关成果以Afundamentaltheoremforeco-environmentalsurfacemodellinganditsapplications为题,发表于《中国科学:地球科学》2020年第63卷8期。

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  高速远程滑坡的弱化机制是学术界关注的热点和难点问题之一。通过对奥地利Kofels滑坡和尼泊尔LangTang滑坡滑动面上假玄武玻璃进行调查,发现是滑坡高速摩擦熔融形成,进而提出高速远程滑坡自润滑摩擦弱化假说。近年来,岩石高速旋转摩擦试验验证摩擦热熔润滑机理假说,并在巨型滑坡和断层机理研究中受到关注。但高速滑坡剪切带熔融过程对滑坡运动的影响存在疑问。中国科学院成都山地灾害与环境研究所何思明研究团队基于岩石高速旋转摩擦试验成果,在高速远程滑坡超强运动的热熔自润滑摩擦弱化机理研究中取得进展。  该研究将热熔过程划分为三个阶段:弱化阶段、剪切强化阶段和热熔润滑阶段,并分别构建三阶段滑带温度场与运动演化方程,定量评价高速滑坡运动演化过程中速度、粘性系数、熔融体体积分数、温度及摩擦系数变化趋势,探索不同功率转化系数下,热熔现象对不同规模整体性滑坡运动的影响。高速滑坡第一阶段摩擦弱化机理缘于剪切带颗粒破碎和闪热,摩擦系数演化趋势可采用指数衰减方程描述。第二阶段摩擦强化有两个原因:其一是熔融体填充部分孔隙,增加了滑动面接触面积;其二是熔融体和固体颗粒混合增大了剪切带强度,基于矿物选择性熔融特性,并考虑熔融体体积分数,量化剪切带强度增量。第三阶段:当熔融体含量达到一定程度时,滑体和基岩被熔融体分开,滑坡剪切阻力由粘滞阻力提供,在此阶段,考虑温度、化学成分、碎屑含量、含水量等因素对粘性系数的影响,建立热传导方程和应力场方程,计算不同滑体厚度和剪切带厚度条件下各参数的变化趋势。  通过对不同厚度和功率转换系数下视摩擦系数演化趋势模拟分析表明,当滑体厚度小或功率转化系数足够小时,视摩擦系数基本保持不变,滑带热熔开始阶段熔融体对滑坡运动有阻碍作用,但很快进入弱化阶段。  6月30日,相关研究成果发表在JournalofGeophysicalResearch:SolidEarth上。  论文链接 图1.高速摩擦试验中典型的摩擦系数变化趋势图2.不同滑体厚度和剪切带厚度条件下,块体速度、粘性系数、熔融体积分数、温度及摩擦系数的变化趋势图3.不同滑体厚度和功率转换系数下视摩擦系数的变化趋势

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  超高分子量支化聚共轭二烯橡胶具有高强度、高抗湿滑性和高阻尼性等性质,在高性能轮胎和消声降噪材料方面应用前景明确。目前,超高分子量支化聚烯烃橡胶合成方法的欠缺,限制了该特种橡胶材料的制备与应用。  中国科学院青岛生物能源与过程研究所王庆刚研究组致力于特种橡胶材料的制备技术与工程化研发。近日,该研究组在前期研究的基础上(Polymers,2018,10,934;Appl.Organomet.Chem.,2019,e4836;DaltonTrans.,2019,48,7862-7874.),通过设计合成新型非对称双核氯桥铁催化剂,开发出一种超高分子量支化聚异戊二烯橡胶的高效合成新方法。研究人员通过调节配体的电性和位阻,采用便捷高效的工艺制备出同时含有高低自旋态的不对称吡啶亚胺双核铁催化剂(如图),并将其应用于超高分子量支化聚烯烃橡胶的制备合成中。研究发现,该催化剂在异戊二烯聚合过程中表现出极高的催化效率,1g催化剂可以制备30kg的超高分子量(Mn=1.8×106g/mol)支化聚烯烃特种橡胶;所得到的聚异戊二烯橡胶具有较优的生胶强度和断裂伸长率,表现出潜在的工业应用前景。相关研究成果以AnUnsymmetricalBinuclearIminopyridine-ironComplexandItsCatalyticIsoprenePolymerization为题,发表在ChemicalCommunications上。  该研究由青岛能源所博士王亮为第一作者完成。研究工作受到山东省重大创新工程项目、国家自然科学基金、山东省人才工程基金、青岛能源所“一三五”重点培育基金和两所融合基金等的支持。  论文链接不对称双金属铁催化剂催化聚异戊二烯的高效合成

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  近日,中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所环境材料与污染控制研究部博士后杨猛等,在前期晶面/晶相效应的电化学分析研究基础之上,通过在CeO2表面引入丰富的氧空位及负载Ru纳米粒子,提升其对重金属的电化学响应,并揭示其增强电分析行为的敏感机理。相关研究成果以Ruthenium-loadedceriumdioxidenanocompositeswithrichoxygen vacanciespromotedthehighlysensitiveelectrochemicaldetectionofHg(II)为题,发表在SensorsandActuatorsB:Chemical上。  CeO2作为半导体材料,由于其具有比表面积大、价态丰富、催化活性高等特性,在汽车尾气处理、光催化、燃料电池及CO催化氧化等领域有广泛应用。由于CeO2材料导电性差及表面活性位点较少,限制了其电化学催化活性的进一步提高。研究表明,通过引入氧空位及负载活性较好的金属可以有效提高CeO2的催化活性,在增强电分析行为方面的相关机理仍需进一步探究。  研究人员制备CeO2纳米立方体,并在400℃、450℃、500℃、550℃、600℃不同温度下煅烧处理。利用其构筑的电化学敏感界检测水环境中重金属污染物Hg(II),发现在550℃煅烧处理下的CeO2纳米立方体表现出最优异的电分析性能。实验结果表明,通过煅烧处理可以使氧空位被引入到CeO2纳米立方体表面,且不同温度煅烧后CeO2纳米立方体表面所含氧空位浓度不同。进一步分析表明,CeO2纳米立方体主要暴露的晶面为(100)面,已有研究报道CeO2(100)面表层满覆盖的氧离子间存在很强的相互排斥作用,能够促进晶格氧由内向外迁移,不仅增强了氧空位的形成,调节催化活性,而且改善了氧的迁移率,提高氧化还原能力。电化学测试表明,煅烧处理后的CeO2纳米立方体导电性提高,且检测Hg(II)的灵敏度变化规律与其表面所含的Ce3+与氧空位浓度变化完全一致。研究表明,通过表面Ce3+与氧空位能够调制敏感材料表面电子结构及导电性,增加对Hg(II)的吸附-催化活性位点及加快电子的传递,从而获得增强的电化学响应信号。另一方面,Ru作为一种金属活性较好的材料,具有较好的化学稳定性和催化活性。将Ru纳米粒子负载到CeO2纳米立方体中,利用Ru纳米粒子与CeO2的协同作用形成了具有优异氧化还原性能的活性位点,进一步提高了敏感材料的催化活性,从而实现对水体中痕量Hg(II)等重金属污染物的灵敏、准确检测。  该研究为将来在原子尺度调控敏感材料的电化学行为提供了参考。研究工作得到国家自然科学基金重点项目、博士后创新人才支持计划、中国博士后面上项目、安徽省自然科学基金青年项目及安徽省博士后项目等的支持。  论文链接 Ru/CeO2的结构表征与电分析行为研究。(a) CeO2(550℃)SEM图;(b) Ru/CeO2SEM图;(c) CeO2(550℃)TEM图;(d) Ru/CeO2TEM图;(e) CeO2(550℃)和Ru/CeO2的XPS图;(f) CeO2(550℃)和Ru/CeO2的UV-Vis图;(g) CeO2(550℃)和Ru/CeO2的EPR图谱;(h-j) Ru/CeO2敏感材料对Hg(II)的电化学检测研究。

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  上猿超科并不属于真正的猿类。在系统发育上,包括现生长臂猿科、猩猩、大猩猩和黑猩猩在内的猿类属于冠狭鼻猴类的一个分支,而上猿超科则属于已绝灭且没有现生代表的干狭鼻猴类的一个分支。简而言之,上猿超科是在人猿超科和猴超科发生分化之前的一个分支,且中间还隔有萨阿丹猿超科、树猿超科、原康修尔猿超科等分支,系统发育关系与真正的猿类较远,因此并不存在直接的祖裔关系(图1)。图1.灵长目类人猿下目中部分主要类群系统发育关系示意图(红色分支为上猿超科所在位置)(张颖奇供图)  近日,中外科学家在《人类演化杂志》(JournalofHumanEvolution)上发表了发现于安徽繁昌县(图2)的上猿超科新属种:金氏繁昌上猿(Fanchangiajini)。属名意为化石产地所在的繁昌县,种名献给中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员金昌柱,以纪念其发现繁昌上猿的化石以及对安徽繁昌人字洞古人类活动遗址的研究工作所做的贡献。  金氏繁昌上猿的化石材料包括108颗游离牙齿(图3)。除下侧门齿外,涵盖了上下齿列中所有齿种。伴生的啮齿类化石表明,含金氏繁昌上猿的裂隙堆积的年代可以与山东临朐山旺组(约1800-1700万年前)对比,而比江苏泗洪的下草湾组(约1900-1800万年前)稍显年轻,属早中新世晚期。图2.金氏繁昌上猿化石产地鸟瞰(中部偏右塘口裂隙;人字洞遗址在最右侧)(张颖奇供图)图3.金氏繁昌上猿的下齿列(l为正型标本)(张颖奇供图)  上猿超科划分为四个科,醉猿科(Dionysopithecidae)、上猿科(Pliopithecidae)、克鲁泽尔猿科(Crouzeliidae)和克里希纳猿科(Krishnapithecidae)。中国早中新世晚期的醉猿科(包括醉猿属Dionysopithecus和宽齿猿属Platodontopithecus)代表中国乃至整个欧亚的早期上猿超科干群成员;欧亚中晚中新世的上猿科(包括上猿属Pliopithecus)和克鲁泽尔猿科(包括近上猿属Plesiopliopithecus、丄猿属Anapithecus、池猿属Laccopithecus、埃加拉猿属Egarapithecus和巴尔韦拉猿属Barberapithecus)较醉猿科拥有更多的衍生特征;晚中新世的克里希纳猿科仅包括印度衍生程度更高的克里希纳猿属(Krishnapithecus)中的一种。形态对比与系统发育分析的结果(图4)表明,繁昌上猿属于克鲁泽尔猿科克鲁泽尔猿亚科的干群成员。图4.繁昌上猿的系统发育位置(基于6棵最简约瓦格纳树的严格合意树)(张颖奇供图)  狭鼻猴类于古近纪起源于非洲-阿拉伯陆块。在该陆块于早中新世(约1700-2000万年前)与欧亚大陆发生碰撞形成连接之前,狭鼻猴类已经演化出原上猿超科(Propliopithecoidea)、上猿超科(Pliopithecoidea)、原康修尔猿超科(Proconsuloidea)、树猿超科(Dendropithedoidea)以及猴超科(Cercopithecoidea)和人猿超科(Hominoidea)等主要类群。基于目前的化石证据,上猿超科是最早走出非洲进入欧亚的狭鼻猴类类群。  上猿超科的化石记录仅分布于欧亚大陆的中新世地层。最早的上猿超科成员是产自中国东部江苏泗洪下草湾的醉猿科,年代为约1900-1800万年前。这一时期欧洲的化石记录丰富,但并没有上猿超科化石出现。这意味着最初的上猿超科基干成员是通过阿拉伯半岛,并沿着环印度洋途径从非洲进入亚洲南部和东部的热带和亚热带地区。  先前观点认为,从最初走出非洲的包括醉猿科在内的这些干上猿超科成员中演化出上猿科,并在约1600-1700万年前的早中新世末期向西扩散到欧洲,而更为特化的克鲁泽尔猿科则于中中新世在欧洲起源于上猿科的某个成员。  作为克鲁泽尔猿科干群成员的繁昌上猿的时代早于该科和上猿科在欧洲的出现。其在中国的发现表明,上猿科和克鲁泽尔猿科在中国发生分化,并于早中新世晚期或中中新世才扩散到欧洲。繁昌上猿所保留的原始特征说明克鲁泽尔猿科演化自一个来自上猿科或者醉猿科的祖先。欧洲的克鲁泽尔猿科成员(包括克鲁泽尔猿属Crouzelia、近上猿属Plesiopliopithecus和巴尔韦拉猿属Barberapithecus,年代约1400-1120万年前)都比繁昌上猿属的衍生程度高,并且在繁昌上猿在中国出现至少300万年之后才开始出现。另外,内蒙古大庙的上猿超科标本只有一颗上臼齿,但可能代表了一种原始的克鲁泽尔猿科成员。如果属实,则说明克鲁泽尔猿科在亚洲于中中新世期间持续多样化,然后才扩散到欧洲。  繁昌上猿的发现为上猿超科的演化历史提供了新认识,证明东亚地区是上猿超科重要的早期演化中心。研究工作受到中科院战略性先导专项(B类)和繁昌县人民政府的资助。  论文链接

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  氮氧化物(NOx)是大气中主要的活性氮成分。过量的NOx排放会对生态环境、人类健康等造成严重危害。近年来,NOx过量排放对我国空气污染的贡献凸显,客观评估其主要排放源,是有针对性减排进而改善空气质量的关键。NOx和硝酸盐(NOx的二次产物)的稳定氮氧同位素(δ15N/δ18O)中蕴含着相关来源信息,但由于大气分馏的影响,前期稳定氮氧同位素技术在示踪NOx和硝酸盐来源研究中均以定性人为源和自然源为主,不利于指导大气NOx的污控减排。   中国科学院烟台海岸带研究所海岸环境地球化学过程与模拟研究组博士宗政、研究员田崇国开发出NOx的大气分馏模块,通过与贝叶斯同位素混合模型耦合,建立解析大气NOx排放源类型的方法,并通过与正矩阵分解模型(PMF)联合应用,验证了该方法的准确性,与潜在源概率模型(PSCF)联合应用,实现了污染源区空间分布的识别。   近期,研究团队根据海洋源和陆地源NOx的氮氧同位素差异特征,通过模型功能模块的二次开发,定量了海洋源对海岸带地区NOx的贡献特征。具体研究进展如下:   基于开发的大气NOx来源解析方法定量渤海北隍城岛的大气NOx来源。结果表明,燃煤排放、生物质燃烧和移动源排放是渤海大气中NOx的主要来源,冬季供暖燃煤排放对大气NOx的贡献明显。相关成果发表于EnvironmentalScience&Technology。   将开发的大气NOx来源解析方法与PMF模型联合应用,解析黄河三角洲地区夏季NOx的来源。结果表明,两种方法结果差异不超过6.69%,验证了建立的大气NOx来源解析方法的有效性,并发现该地区夏季生物土壤源呈现显著上升,贡献可达20%。相关成果发表于EnvironmentalPollution。   基于大气NOx来源解析方法确认并评估2015年天津港爆炸事件对渤海地区大气氮沉降的影响。结果表明,受到爆炸事件影响,气溶胶氮氧同位素具有良好的响应信号,爆炸导致渤海地区大气氮沉降量增加308.49微摩尔氮/平方米/天,影响区域约为渤海总面积的1/5。相关成果发表于AtmosphericandOceanicScienceLetters。   利用大气NOx来源解析方法与PSCF模型联合拓展应用,对北京、上海、广州、武汉、成都的NOx来源特征及源区分布进行解析。结果表明,燃煤源是我国城市区域NOx的主要来源,贡献比例在31.1%-41.0%,主要来源于我国华北地区(供暖、电厂贡献)和南部较为发达的地区(电厂贡献)。相关成果发表于EnvironmentInternational。   为验证普适性,与巴基斯坦COMSATS信息技术学院合作,将该大气NOx的来源解析方法应用到热带地区,结合排放源海陆性质,解析阿拉伯海地区海洋源对巴基斯坦重要城市卡拉奇NOx的贡献特征。结果表明,贡献率约为16.8%,其中闪电源、船舶源与微生物源分别贡献20.3%,46.3%和33.4%。相关成果发表于EnvironmentalScience&Technology。   该系列研究得到国家自然科学基金、国家自然科学-山东省联合基金等项目的支持。

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