文章目录

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

磁铁矿-磷灰石型矿床是铁和其它金属的重要来源，智利北部埃尔拉科火山的富磁铁矿熔岩是一个著名的该类矿床。但是这类矿床的形成过程仍然存在争议。该文作者检验了这类矿床是由富铁熔体从硅质岩浆中分离并沿火山塌陷形成的裂隙上升而形成的这一假说。作者通过热力学模拟结合已发表的数据来论证了埃尔拉科火山熔岩的熔体包裹体是由Fe-Si流体不混溶形成的，并且提供了富铁和富硅熔体的黏度数据来评估不混溶流体分离的时间和空间尺度。基于岩石变形模型，作者发现火山塌陷能形成延伸至火山侧翼的破坏区，成矿流体沿破坏区上升并由于脱气喷发至地表。该项研究结果支持了埃尔拉科矿床的岩浆成因。地球化学和岩相学结构的相似性表明其他的磁铁矿-磷灰石型矿床与埃尔拉科矿床有着相似的成因。

文章来源: Nature Communications

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-33302-z

主要作者：Tobias Keller*

学科：磁铁矿-磷灰石型铁矿，流体不混溶，埃尔拉科火山

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

很多火山喷发并不会在地表喷出岩浆。2014年御岳山火山就发生了这类的喷发，导致至少58名登山者丧生，这是日本近一个世纪以来最严重的火山灾害。数十项研究试图探寻这类火山喷发的前兆并揭示其喷发机理，但尚未得到明确的结论。该研究基于连续的地震记录，揭示了火山喷发前五个月由岩浆侵位导致波速和体应力的变化，而过去认为这段时间火山是完全不活动的。作者通过相关矩阵特征值分布和前沿的人工深度学习模型等新方法将地震波速的变化定位火山上部应力的变化上。应力的变化触发了可探测的形变和地震。该研究对利用火山-热液系统上的地震台站探测承压流体和火山活动监测具有启示意义。

文章来源: Nature Communications

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-32252-w

主要作者：Corentin Caudron*

学科：火山蒸汽喷发，火山监测

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Intercomparison of regional loss estimates from global synthetic tropical cyclone models

热带飓风会对生命和财产产生毁灭性的损失。历史飓风资料的匮乏使得难以对飓风灾害进行充分的评估。因此，集成的全球飓风模型应运而生。尽管目前已有研究对这些模型的飓风产生的准确性进行评估，但是尚未有研究评估这些模型能否用于飓风灾害的估计。该项研究评估了四种不同的全球集成飓风数据集在预测陆地受影响的范围、飓风灾害产生周期、极端事件的发生概率及灾害强度上进行了比较。研究发现模型在极端飓风灾害的评估上存在差异，尤其是在飓风活动弱的盆地。例如，不同模型对北印度洋百年一遇的飓风造成的直接经济损失模拟结果从四百亿到两千亿美元不等。该研究还为不同研究目的对合适模型的选择提供了进一步发建议。

文章来源: Nature Communications

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-33918-1

主要作者：Simona Meiler*

学科：飓风灾害评估

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

当沿断层带分布的小尺度裂隙从稳定的裂隙生长状态转变为动力学破坏的状态时会导致脆性多孔材料的灾难性破坏。由于这种转变过程非常迅速，对于该过程精细的微尺度机理的理解很匮乏并且很难直接对微尺度过程进行直接观测。该研究通过控制岩石变形实验中的微裂隙生成速率减缓这个转变过程，并通过声学检测及原位X射线成像技术直接观测变形过程中的微观机制。该研究发现地震波的幅度并非总是和局部应变强度相关，大的局部应变往往对应小的地震信号，反之亦然。局部应变通常不产生地震波信号，这可以部分地用沿剪切带分布的颗粒和裂隙的旋转来解释。此外，根据断层带局部形变和剪切应力所计算的剪切破坏程度只有整体形变计算值的一半。

文章来源: Nature Communications

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-33855-z

主要作者：Alexis Cartwright-Taylor*

学科：岩石剪切形变，微观形变机制

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

冰雪覆盖的东南极洲的地质、构造历史以及地貌演化是所有大陆中最知之甚少的。源自大陆内部并沉积在横贯南极山脉侧翼的冰碛物中的岩块为东南极内陆的地质演化历史提供了材料。岩石结晶年龄和冰川流向 表明这些冰川漂砾并非来自当地横贯南极山脉，而是来自南极洲内陆甘布尔泽夫冰下山脉这类遥远的内陆地区。该研究对这些岩屑开展了低温热年代学工作，来约束其多阶段的剥露历史。寒武纪-奥陶纪及侏罗纪的快速冷却期分别对应与泛非大陆的聚合和冈瓦纳超大陆的裂解有关的重要剥露事件。作者发现尽管白垩纪的快速冷却事件与横贯南极山脉的形成在时间上有重合，但是却没有更年轻的冷却事件，这说明东南极内陆新生代的构造活动和冰川剥露并不显著。

文章来源: Nature Communications

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-33791-y

主要作者：Paul G. Fitzgerald*

学科：东南极，低温热年代学

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

发生在350-660 km的深源地震通常被认为是由于橄榄石-尖晶石的相变造成的。但是这个过程的一些机制仍不清楚：1. 从地质尺度的速率到地震的应变速率的机制是什么？在没有相变的情况下能不能发生？2. 在数百万年的时间内都没有完全转化为尖晶石的亚稳态橄榄石是如何在数秒内转变为尖晶石的？3. 如何将由剪切应力主导的地震信号与体积改变主导的相变应力相联系起来？该研究引入了几个全新的概念并将之结合在一起来量化解决以上几个问题。作者将橄榄石的相变视为由塑性应变引起的并且为剪切带内耦合的形变—相变放热过程找到了三维解析解。这个解析解可预测异常的相变诱发塑性过程及由于相变诱发塑性过程与应变诱发相变的正向热机械化学的反馈诱发的自放大形变—相变放热过程的发生条件。这个过程导致了体系温度达到了相变发生后在剪切带内使自放大剪切生热过程发生的临界温度。该发现改变了地球物理中对深源地震触发机制和塑性流动过程中的相变机制的主要概念。

文章来源: Nature Communications

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-33802-y

主要作者：Valery I. Levitas*

学科：深源地震, 橄榄石-尖晶石相变

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The biogeochemical balance of oceanic nickel cycling

镍是海洋生物的必要元素之一，它不仅参与各种生物地球化学过程，如甲烷生成、固氮、固碳等，也在生命的进化过程中发挥了重要作用。对海洋镍循环过程的研究有助于了解镍对现代海洋和古海洋中生物群的生物学作用，并有助于预测未来海洋的化学性质及未来气候变化。为探讨镍在天然海水中的不稳定性，该研究基于全球生物地球化学环流模型和贫营养物质的北太平洋环流中浮游植物中镍的生物利用度分析，发现天然表层海水中的1.8nM 镍具有生物可利用性和化学上的不稳定性。另外，研究结果表明在上升洋流中镍元素的消耗速度缓慢，并且生物吸收和再生过程、镍在生物体内的可逆和矿化过程均对海洋中镍的垂直分布造成了巨大影响。

文章来源: Nature Geoscience

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41561-022-01045-7

主要作者：Seth G. John*

学科：海洋生物地球化学，镍循环

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

天然气水合物能将甲烷留在冰状沉积物中，这对抑制全球变暖有着重要意义。但是，这些含天然气水合物的沉积物可能因海洋、大气温度升高而不稳定，从而造成甲烷气体的排放。该研究通过对靠近美国西海岸（太平洋）和东海岸（大西洋）中纬度地区的近地表水域中的甲烷浓度及天然放射性碳含量进行分析测试，发现表层海水中检测到的CH4不太可能来自沉积物中天然气水合物的热分解，这表明逃逸到大气中的甲烷的来源与水合物分解无关。

文章来源: Nature Geoscience

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41561-022-01044-8

主要作者：DongJoo Joung*

学科：天然气水合物，海洋沉积物

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Calcium dissolution in bridgmanite in the Earth’s deep mantle

准确的矿物学知识对于理解占地球一半以上体积的下地幔是必不可少的。CaSiO3钙钛矿是整个下地幔中第三丰富的矿物，仅次于布里奇曼石和铁方镁石。该研究的实验表明，在2300K和超过40GPa的条件下，钙在布里奇曼石中的溶解度急剧增加，达到一个足以使地幔岩中所有CaSiO3成分完全溶解到布里奇曼石中的水平，导致CaSiO3钙钛矿在沿地热等温线深度超过1800公里处消失。因此，该研究提出一种从较浅的下地幔中双钙钛矿畴(two-perovskite domain, TPD; 布里奇曼石和CaSiO3钙钛矿)到更深的下地幔中单钙钛矿畴(single-perovskite domain, SPD; 富钙布里奇曼石)的转变。铁对于增加钙在布里奇曼石中的溶解度似乎十分关键。温度驱动的性质导致从TPD到SPD转变的深度会随着温度发生巨大的横向变化(超过500公里)。此外，当地幔曾经更温暖的时候，SPD应该更厚。该研究的发现提出了修正深地幔矿物学模型的需求，并且会影响我们对该区域的组成、结构、动力学和演化的理解。

文章来源: Nature

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-022-05237-4

主要作者：Byeongkwan Ko*, Sang-Heon Shim*

学科：钙钛矿，布里奇曼石，下地幔

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

鳃的气体交换和离子调节在脊椎动物的演化中起着关键作用。据推测，鳃最初从干群脊椎动物的皮肤中获得了这些重要的平衡功能，从而促进了更大、更活跃的生命模式的演化。然而，该假说在相关类群中缺少功能支持。本文中，我们描述了三种动物的鳃和皮肤的功能，一种脊椎动物（沙隐虫；Entosphenus tridentatus），一种头索动物（文昌鱼；Branchiostoma floridae），和一种半索动物（柱头虫；Saccoglossus kowalevskii），它们都具有脊椎动物祖先掘穴和滤食的特征。我们为脊椎动物的气体交换起源于鳃提供了功能上的支持，因为在体内的直接测量显示，只有在沙隐虫体内，只有当体型增大或面临氧气的供需挑战时，鳃才是气体交换的主要部位。相反，三个类群的鳃都与离子交换有关。沙隐虫的鳃承担所有体型的全部离子通量，而文昌鱼和柱头虫的鳃中离子调节的分子标记比皮肤中的更多。这表明，鳃的离子调节比气体交换更早起源，并且与脊椎动物的体型和活动无关，也许是在干群后口动物刚开始有咽孔时。

文章来源: Nature

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-022-05331-7

主要作者：Michael A. Sackville*

学科：鳃，脊椎动物，离子调节，气体交换

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Warm pool ocean heat content regulates ocean–continent moisture transport

现代气候变化已经表明，印度-太平洋暖池（Indo-Pacific Warm Pool, IPWP）通过向大气释放大量水蒸气和潜热并调节上层海洋热含量在全球气候中发挥着主导作用。然而，IPWP海洋热含量的长期变化及其对季风水气候的影响尚未得到充分研究。通过结合地球化学指标和瞬变气候模拟，该研究发现过去36万年IPWP上层(0 ~ 200m)海洋热含量的变化显示其受岁差周期的主导，同时受较弱的斜率周期影响，并随着太阳辐射量经向梯度变化，只有30%-40%的消冰期海洋热含量增加与全球冰量变化有关。在岁差尺度上，较高的上层海洋热含量与IPWP表层海水中的氧同位素富集相关，并且伴随着中国石笋记录的东亚降水量的下降。利用同位素支持的海气耦合模型，该研究认为在岁差时间尺度上，是IPWP上层海洋热含量的变化（而非表层海水温度），通过水汽和潜热的汇合，增强了海陆之间的水循环。从能量学的角度来看，上层海洋热含量和季风变化的耦合（两者都由轨道时间尺度上的太阳辐射量变化协调）对调节全球水气候至关重要。

文章来源: Nature

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-022-05302-y

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

学科：印度-太平洋暖池，海洋热含量，季风水循环

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Fusible mantle cumulates trigger young mare volcanism on the cooling Moon

嫦娥五号（ChangE-5, CE5）任务表明，月球火山活动直到20亿年前仍然活跃，比之前同位素定年的月球玄武岩要年轻许多。月球作为一个较小的天体，是如何保留了足够的热量来驱动这些晚期的火山活动仍是未知的，特别是CE5玄武岩的月幔源区是无水的，并不富含放射性生热元素。该研究进行了分离结晶和月幔熔融模拟，结果表明可熔、易熔融成分的存在会导致月幔熔点降低，从而触发年轻的火山活动。与古老的阿波罗岩浆相比，年轻的CE5玄武岩的初始岩浆含有更高的氧化钙和二氧化钛，因此，它来自月球岩浆洋晚期的堆晶体翻转。月幔熔点的下降为“月球年轻火山成因”这一科学问题，提供了第一个与新返回的CE5玄武岩一致的机制。

文章来源: Science Advances

原文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.abn2103

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

学科：月球年轻火山成因，嫦娥五号玄武岩，月幔熔融

————南大地科研究生会————

文案 | 魏榆 丘靥 徐卉清 耿嘉琪 许石华 陈梓銮 戴博凯

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