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创新人物

  报告围绕矿物在近地球表面条件下的界面地球化学行为进行,Geology等国际主流学术期刊上刊出第一我杂谈12篇

26 3月 , 2020  

日前,由陈骏院士带领的表生地球化学教育部重点实验室地质微生物研究团队在矿物风化研究领域取得突破性进展,
研究成果以“Cellular dissolution at hypha- and spore-mineral interface
revealing unrecognized mechanisms and scales of fungal
weathering”为题,3月6号在线发表于地质学学科国际顶尖期刊Geology,引起了国际相关研究领域的广泛关注。文章链接是

图片 1  4月10日,在“2岁生日”当天,地科院特别邀请美国乔治华盛顿大学滕辉博士做客“聚焦关键”学术沙龙,作了题为“Behavior
of Minerals at Near-Surface Conditions Interfacial
Geochemistry”的学术前沿报告。报告在卫津路校区会议楼第八会议室举行。  报告围绕矿物在近地表环境下的界面地球化学行为展开,按照提出问题-分析问题-解决问题的思路从微观尺度进行了深入浅出的讲解。滕辉从“为什么要研究矿物在近地表条件下的地球化学行为”这一问题引入,介绍了造岩矿物的形成及稳定性。他指出由于造岩矿物形成于地球深部高温高压处,其在与成矿环境相近似的条件下保持稳定,而当暴露在近地表时,就会失去稳定性,矿物表面可能发生一系列复杂多变的反应。他指出对界面过程的认识依赖于物理、化学、生物学等多学科的综合研究。界面化学的研究对深入认识矿物的形成、物质交换反应具有十分重要的意义。  图片 2  滕辉介绍了所在团队在矿物结构特性以及界面反应性方面的研究成果,并强调了矿物在近地表环境下的界面行为与地科院研究重点“地表关键带”的密切联系。  他还详细介绍了长石风化的表面过程、微生物特别是真菌菌丝和孢子与利蛇纹石表面的相互作用,菱镁矿和白云石的矿化等问题。腾辉博士团队的创新性研究成果表明真菌与矿物相互接触后,真菌改变了自身物质的分泌并明显地改变了矿物的晶型结构。最后,滕辉博士对该领域今后的研究趋势和发展前景进行了介绍,希望能给现场师生的科研之路带来一定启发。现场师生也就土壤中非晶态物质向晶态物质转化的控制因素,钙长石和钡长石表面的风化与沉淀等话题进行了进一步探讨。  图片 3  报告不仅介绍了近地表矿物领域的研究成果和发展趋势,同时由点到面引导大家养成良好的科学研究方法,形成不断求索、务实创新的科学思维,这也是推进科学研究更好更快向前发展的源动力。地科院全体将以此为励,不断前行。  (编辑
靳莹 马曌堃)

应中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室刘耘研究员的邀请,中国科学技术大学黄方教授访问地化所,并于5月20日下午在矿床地球化学国家重点实验室学术报告厅,做了题为“金属稳定同位素地球化学研究进展”的学术报告。地化所部分科研人员、技术人员和研究生参加报告会。

早在本世纪初,陈骏院士及其团队就开始关注微生物在元素地球化学循环过程中的作用。2003年“地质微生物研究室”成立,专注于微生物在岩石和矿物风化领域的研究,该团队论文“微生物地球化学及其研究进展”和“地质微生物学及其发展方向
”是大陆较早关注微生物地球化学的研究成果之一。

黄方教授在报告中,首先详细介绍了同位素测试方法的进展,以及他所在实验室目前已经开发成功的数个非传统同位素的分析方法,包括Mg、Fe、Ba、Zn、Ca、V等同位素。随后分别介绍了高温和低温下的应用,以Ca、Mg同位素为例,研究上地幔同位素组成;以水稻土中Fe同位素组成的变化,研究风化过程对岩石圈和水圈的影响。接着,对计划以V同位素作为氧逸度的指示剂,以Ba同位素作为水岩相互作用的衡量,把二者结合研究其循环和同位素的分馏作了介绍。最后,展望了同位素今后的发展前景。报告结束后,黄方教授与在场师生进行了深入地学术交流和探讨,地化所广大师生表示受益匪浅。

随后,在全球气候变暖问题日益严重的背景下,温室气体二氧化碳浓度成为了科学界的重要议题,矿物碳酸盐化(通过CO2与含Mg或Ca的硅酸盐矿物反应生成碳酸盐)能够实现碳封存,缓解全球气候变暖趋势。但这个过程受制于Mg或Ca从矿物中的提取速率。而微生物具有快速风化矿物的潜力,因此对微生物作用的研究成为解决这个问题的突破口。蛇纹石([Mg3Si2O5因其Mg含量高及地表分布广泛的特点被公认为是用来封存CO2的最好原材料之一。通过野外工作获得模式真菌Talaromyces
flavus后,研究团队利用该真菌对利蛇纹石风化效率进行了对比实验,结果发现该真菌可以将利蛇纹石中Mg提取效率提高近一倍。至此,探究真菌风化作用机制便是研究进展中的关键问题,也是领域内亟需解决的重大科学问题。

黄方教授主要从事实验岩石学、铀系不平衡和非传统稳定同位素地球化学研究,在实验测定微量元素在矿物-熔体间的分配系数、俯冲带岩浆作用的过程和时间尺度和非传统稳定同位素在高温下的分馏机制等方面取得一系列原创的成果。在国内外核心刊物共发表论文26
篇,其中五年来在Nature,GCA,Geology,Chemical
Geology等国际主流学术期刊上发表第一作者论文12篇,国内SCI刊物发表第一作者文章2篇,在GCA、EPSL、GRL等刊物上发表共同作者文章7篇。近5年的第一作者论文和摘要已经被包括Nature、Science和Nature
Geoscience在内的SCI 刊物正面他引132次,曾担任Nature
Geoscience,Lithos,Chemical Geology等国际期刊审稿人。

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真菌菌丝在利蛇纹石矿物表面形成的~85微米长溶蚀通道及菌丝-矿物界面以下矿物特征的变化

报告会现场

据此,该团队设计了巧妙的实验方法、使用一系列先进的分析测试仪器
对真菌代谢有机分子和附着真菌细胞局部的溶解过程进行系统的研究,实验发现:
模式真菌通过胞外有机分子和细胞-矿物界面过程共同加快矿物的溶解;附着在矿物表面的菌丝和孢子都会直接溶解矿物,产生局部溶蚀现象。菌丝借助生物物理力在矿物表面带来比孢子高一个数量级的溶解速率,其中孢子的溶解作用是该研究领域内第一次科学系统的报道。研究计算分析出的细胞-矿物界面带来的矿物溶解占总风化量的40%~50%,大大高于前人估算的1%。本次研究的发现对碳和营养的生物地球化学循环、环境地球化学,以及生态系统的演化都具有重要意义。因此,文章在Geology上线后便立即引起了科学界的关注。目前,Science和美国地球物理学会对通讯作者滕辉教授进行了专访,并针对研究过程、研究成果及其重要意义进行了详实且系统的报道。

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Science对该文章的新闻报道()

该研究所有实验和分析测试均在南京大学完成,研究过程中内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心、污染控制与资源化研究国家重点实验室、
医药生物技术国家重点实验室和生命分析化学国家重点实验室的众多工作人员都给予了积极的支持和帮助。该研究得到了中国地质调查局地质调查工作项目(12120113005400)和国家基金委创新研究群体科学基金的支持。

(地球科学与工程学院 科学技术处)


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