【地学科普】玛珥式火山成因之谜
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火山是地球上唯一最显著和广泛分布的地貌，活动时以其不可抗拒的怒吼威胁着人类、宁静时用其神奇、美貌、温度吸引着人类。2021年伊始，汤加火山爆发唤醒了人们对火山的好奇和关注。
火山地貌多种多样，每个都有着自己的特点，给人的印象是高出地面的锥形体，但是也有低于地面的火山口。本期所介绍的是内蒙古乌兰察布市辉腾锡勒草原上的玛珥式火山。2020年初我校丁毅教授团队发表论文，主流媒体报道后，国内的许多人才刚刚知道这种类型的火山，可能有许多人在问，这些低于地面的圆形体，是火山吗？它们是如何形成的？
2022年初在纪念国内地质EI期刊《地质学报》创刊一百周年之际，团队又发表玛珥式火山口群成因的论文。
“玛珥”式火山最先是在德国发现，并以德国西埃菲尔地区居民对当地小型湖泊的称谓，maar命名，此后在全球各地都发现有玛珥式火山。中国湖光岩和龙岗湖的研究论证了它们是玛珥式火山口，开创了中国的玛珥式火山口的研究(Liu Jiaqi et al.,1996)。在内蒙古乌兰察布市辉腾锡勒草原上，分布着上180多个低于地面的玛珥式火山口，数量多、分布密集、保存好，人们可以走的火山口内研究大自然赐予的神奇。
辉腾锡勒草原上的玛珥式火山口群，照片中两个火山口靠的较近，周围一圈圈的为湖岸线，告诉人们这里过去曾是湖。
当地老百姓将这些玛珥式火山口称之为“海子”，其中“侯辉”海子被公认为最漂亮的。
世界上所发现的玛珥式火山绝大多数被湖水充填，辉腾锡勒的这些火山口大雨时积水数日，大部分时间是干涸的，火山口底黑色土壤覆盖，人们是可以走到火山口内的。
磁法测量显示出埋在覆土之下的岩石碎块基本上呈对称分布。
在火山口中间实施钻孔揭露工程，科研人员在研究岩芯内的矿物组成。
显微镜下照片，地表岩石、火山口内侧、火山口底部全部都分布着地表覆盖层碎块，是中新世橄榄玄武岩。
经过调查，所有的火山口不存在高出地表的口沿，玄武岩盖层岩石碎块覆盖在火山口的斜坡和底部，火山口口沿的小断崖也是盖层岩石。地球物理检查结果表明，被土壤覆盖的底部和火山口的斜坡上的碎块也是盖层岩石。岩芯钻探揭示了至少存在五个岩石破碎带，这表明假设的岩浆流体没有将这些破碎带的块体胶结而是水汽在地下爆炸的结果。综合分析认为，岩浆在上升过程中遇到了丰富的含水层，产生了水汽，在遇到阻挡层后能量积聚，导致地下爆炸。地表岩石的崩塌始于中心，并导致周围岩石呈楔形崩塌。较大的玛珥式火山口的形成比小的经历了更多次的爆炸。
对于岩浆遇到丰富水层的情况下，由蒸汽冲撞地层和地下爆炸所形成的玛珥式火山口的情况，全球研究很少。本次辉腾锡勒玛珥式火山口的研究是对玛珥式火山口的成因研究的贡献。玛珥式火山包括由岩浆汽液喷发(phreatomagmatic)带出新的岩浆碎屑，形成具有一定口沿高度、但口沿高度与火山口直径之比较小的低平火山锥，也包括由于含水量较高以水汽喷射 (phreatic)为主， 形成口沿低的火山口，在纵向剖面上用玛珥-火山管道 (maar-diatreme) 来形容（Lorenz and Kurszlaukis, 2007; White and Ross, 2011; Valentine and White, 2012; Valentine and Connor, 2015）。
这些玛珥式火山口是金伯利质火山管道吗？
的确，它们在地貌上与金伯利岩管很像，例如：加拿大萨省的金伯利岩管中有正地形和完全负地形的地貌，在形状和大小上与玛珥式火山口没有区别 (Brown and Valentine, 2013; Ding Yi, 2020b)，因此玛珥-火山管道的概念又包括了金伯利质玛珥-管道火山（kimberlite maar-diatreme volcanoes）和非金伯利质玛珥-管道火山（non-kimberlite maar-diatreme volcanoes）。金伯利岩浆多数冲破地表形成火山喷发相，由于深部形成的矿物在地表不稳定，既使最初口沿高出地面也很容易被风化掉了，因此金伯利质火山-管道体的上部通常为负地形（Ding Yi, 2020a）。辉腾锡勒草原位于华北克拉通北缘，有学者认为华北克拉通已经减薄并遭到破坏，但是地下深部金刚石有可能在克拉通减薄之前就形成了，只要岩浆起源深或穿过富含金刚石层，就有可能捕虏富集金刚石层碎块，并携带到上地壳形成含金刚石的金伯利岩管，另一方面这片火山口的地貌形态非常像金伯利岩质火山岩的喷发相（Ding Yi, 2019）。金伯利岩的指示矿物所形成的分散晕大(Ding Yi et al., 2019b)，对一个地区是否存在金伯利岩体有敏感的指示意义。采集样品和观察，在辉腾锡勒草原的附近的流水和干涸水系的重砂样品中，没有发现镁铝榴石、铬铁矿等金伯利岩指示矿物，当地牧民除了在玻璃脑包（图1(a)中东北角）附近有人捡过石英晶体，也没有发现其它包括金伯利岩的岩体喷发相的金伯利角砾的块体。因此，可以排除这些火山口是金伯利质玛珥-管道体上部的喷发相。
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火山是地球上唯一最显著和广泛分布的地貌，活动时以其不可抗拒的怒吼威胁着人类、宁静时用其神奇、美貌、温度吸引着人类。2021年伊始，汤加火山爆发唤醒了人们对火山的好奇和关注。
火山地貌多种多样，每个都有着自己的特点，给人的印象是高出地面的锥形体，但是也有低于地面的火山口。本期所介绍的是内蒙古乌兰察布市辉腾锡勒草原上的玛珥式火山。2020年初我校丁毅教授团队发表论文，主流媒体报道后，国内的许多人才刚刚知道这种类型的火山，可能有许多人在问，这些低于地面的圆形体，是火山吗？它们是如何形成的？
2022年初在纪念国内地质EI期刊《地质学报》创刊一百周年之际，团队又发表玛珥式火山口群成因的论文。
“玛珥”式火山最先是在德国发现，并以德国西埃菲尔地区居民对当地小型湖泊的称谓，maar命名，此后在全球各地都发现有玛珥式火山。中国湖光岩和龙岗湖的研究论证了它们是玛珥式火山口，开创了中国的玛珥式火山口的研究(Liu Jiaqi et al.,1996)。在内蒙古乌兰察布市辉腾锡勒草原上，分布着上180多个低于地面的玛珥式火山口，数量多、分布密集、保存好，人们可以走的火山口内研究大自然赐予的神奇。
辉腾锡勒草原上的玛珥式火山口群，照片中两个火山口靠的较近，周围一圈圈的为湖岸线，告诉人们这里过去曾是湖。
当地老百姓将这些玛珥式火山口称之为“海子”，其中“侯辉”海子被公认为最漂亮的。
世界上所发现的玛珥式火山绝大多数被湖水充填，辉腾锡勒的这些火山口大雨时积水数日，大部分时间是干涸的，火山口底黑色土壤覆盖，人们是可以走到火山口内的。
磁法测量显示出埋在覆土之下的岩石碎块基本上呈对称分布。
在火山口中间实施钻孔揭露工程，科研人员在研究岩芯内的矿物组成。
显微镜下照片，地表岩石、火山口内侧、火山口底部全部都分布着地表覆盖层碎块，是中新世橄榄玄武岩。
经过调查，所有的火山口不存在高出地表的口沿，玄武岩盖层岩石碎块覆盖在火山口的斜坡和底部，火山口口沿的小断崖也是盖层岩石。地球物理检查结果表明，被土壤覆盖的底部和火山口的斜坡上的碎块也是盖层岩石。岩芯钻探揭示了至少存在五个岩石破碎带，这表明假设的岩浆流体没有将这些破碎带的块体胶结而是水汽在地下爆炸的结果。综合分析认为，岩浆在上升过程中遇到了丰富的含水层，产生了水汽，在遇到阻挡层后能量积聚，导致地下爆炸。地表岩石的崩塌始于中心，并导致周围岩石呈楔形崩塌。较大的玛珥式火山口的形成比小的经历了更多次的爆炸。
对于岩浆遇到丰富水层的情况下，由蒸汽冲撞地层和地下爆炸所形成的玛珥式火山口的情况，全球研究很少。本次辉腾锡勒玛珥式火山口的研究是对玛珥式火山口的成因研究的贡献。玛珥式火山包括由岩浆汽液喷发(phreatomagmatic)带出新的岩浆碎屑，形成具有一定口沿高度、但口沿高度与火山口直径之比较小的低平火山锥，也包括由于含水量较高以水汽喷射 (phreatic)为主， 形成口沿低的火山口，在纵向剖面上用玛珥-火山管道 (maar-diatreme) 来形容（Lorenz and Kurszlaukis, 2007; White and Ross, 2011; Valentine and White, 2012; Valentine and Connor, 2015）。
这些玛珥式火山口是金伯利质火山管道吗？
的确，它们在地貌上与金伯利岩管很像，例如：加拿大萨省的金伯利岩管中有正地形和完全负地形的地貌，在形状和大小上与玛珥式火山口没有区别 (Brown and Valentine, 2013; Ding Yi, 2020b)，因此玛珥-火山管道的概念又包括了金伯利质玛珥-管道火山（kimberlite maar-diatreme volcanoes）和非金伯利质玛珥-管道火山（non-kimberlite maar-diatreme volcanoes）。金伯利岩浆多数冲破地表形成火山喷发相，由于深部形成的矿物在地表不稳定，既使最初口沿高出地面也很容易被风化掉了，因此金伯利质火山-管道体的上部通常为负地形（Ding Yi, 2020a）。辉腾锡勒草原位于华北克拉通北缘，有学者认为华北克拉通已经减薄并遭到破坏，但是地下深部金刚石有可能在克拉通减薄之前就形成了，只要岩浆起源深或穿过富含金刚石层，就有可能捕虏富集金刚石层碎块，并携带到上地壳形成含金刚石的金伯利岩管，另一方面这片火山口的地貌形态非常像金伯利岩质火山岩的喷发相（Ding Yi, 2019）。金伯利岩的指示矿物所形成的分散晕大(Ding Yi et al., 2019b)，对一个地区是否存在金伯利岩体有敏感的指示意义。采集样品和观察，在辉腾锡勒草原的附近的流水和干涸水系的重砂样品中，没有发现镁铝榴石、铬铁矿等金伯利岩指示矿物，当地牧民除了在玻璃脑包（图1(a)中东北角）附近有人捡过石英晶体，也没有发现其它包括金伯利岩的岩体喷发相的金伯利角砾的块体。因此，可以排除这些火山口是金伯利质玛珥-管道体上部的喷发相。
#翦氏物语# 我遇到过的一些木蠹蛾之小豹子篇：
Zeuzera pyrina (Linnaeus, 1761) 梨豹蠹蛾；
Zeuzera multistrigata multistrigata Moore, 1881 多斑豹蠹蛾；
Zeuzera multistrigata leuconota (Butler, 1881) 银多斑豹蠹蛾；
Polyphagozerra coffeae (Nietner, 1861) 咖啡豹蠹蛾；
Neurozerra flavicera (Hua et al., 1990) 黄角豹蠹蛾；
Zeurrora indica Herrich-Schäffer, 1854 铜斑豹蠹蛾；
Xyleutes strix (Linnaeus, 1758) 枭斑蠹蛾；
Xyleutes persona (Le Guillou, 1841) 白背斑蠹蛾；
Chalcidica mineus (Cramer, [1777]) 闪蓝斑蠹蛾。
Zeuzera pyrina (Linnaeus, 1761) 梨豹蠹蛾；
Zeuzera multistrigata multistrigata Moore, 1881 多斑豹蠹蛾；
Zeuzera multistrigata leuconota (Butler, 1881) 银多斑豹蠹蛾；
Polyphagozerra coffeae (Nietner, 1861) 咖啡豹蠹蛾；
Neurozerra flavicera (Hua et al., 1990) 黄角豹蠹蛾；
Zeurrora indica Herrich-Schäffer, 1854 铜斑豹蠹蛾；
Xyleutes strix (Linnaeus, 1758) 枭斑蠹蛾；
Xyleutes persona (Le Guillou, 1841) 白背斑蠹蛾；
Chalcidica mineus (Cramer, [1777]) 闪蓝斑蠹蛾。
【塔克拉玛干沙漠人工绿地与自然沙地能量收支差异研究】#气象教育#
引用格式：
霍文，智协飞，杨帆，等. 塔克拉玛干沙漠人工绿地与自然沙地能量收支差异研究[J].沙漠与绿洲气象，2022，16（3）：1-9.
doi：10.12057/j.issn.1002-0799.2022.03.001
HUO wen，ZHI Xiefei，YANG Fan，et al. Energy Budget Difference Between Artificial Green Land and Natural Sandy Land in Taklimakan Desert [J].Desert and Oasis Meteorology,2022,16(3):1-9.
doi：10.12057/j.issn.1002-0799.2022.03.001
查看全文：
https://t.cn/A6Xh3MqK
研究概述
沙漠是地球陆地表面一种极具代表性的下垫面形式，因其反照率高、沙粒热容效率高等独特的土壤物理属性，形成了与其他下垫面形式不同的典型能量收支特征。为此，很多学者致力于沙漠区域能量收支的研究。能量收支的研究受到众多学者的重视，特别是其对全球气候变化与生态系统的影响研究显得尤为重要。中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所研究团队从21世纪初一直关注塔克拉玛干沙漠的边界层气象问题，持续开展沙漠边界层综合观测试验，取得一些研究成果。
本文研究工作基于沙漠区域小气候观测试验，利用连续的辐射能量观测数据阐述了研究区域的地表能量收支特征，从局地气候的角度揭示了由于人类影响而产生的地表能量格局改变。这种精细化、小尺度的沙漠区域小气候地表收支与能量平衡的细微甄别，有助于增强对沙漠区域不同地表格局能量辐射平衡特征规律的理解，同时也为沙漠陆面模式或者区域气候模式的参数化方案的改进提供基础支撑。
本文利用2013年塔克拉玛干沙漠自然沙地和人工绿地的辐射能量观测数据，解析不同下垫面能量收支的差异。结果表明：1）辐射各分量参数日变化特征显著，地面长波辐射(ULR)日尺度最大差值50 W·m-2。2）土壤湿度是引发地表反照率产生差异的主控因子之一，滴灌是沙漠中人工绿地水分供给的主要方式，促进了沙漠土壤含水率的提升，从而影响了地表反照率的变化。3）净辐射（Rn）在白天与夜间耗能形式不同，白天以感热通量（H）为主，夜晚以地表土壤热通量（G0）为主。在植被生长周期，潜热通量（LE）耗能份额会有所递增，耗能比增加了1.5%。4）地表能量平衡比率（EBR）在绿地的波动幅度大于沙地，沙地的EBR上升速率要大于绿地。绿地夏季闭合率最高，沙地春、夏季闭合率最高。
作者简介：霍文，男，副研究员，主要从事沙漠边界层气象探测研究。
第一作者单位：中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所
通信作者：智协飞，男，教授，博导， 主要从事数值天气预报、季风动力学、短期气候预测、气候变化等方向的研究。
引用格式：
霍文，智协飞，杨帆，等. 塔克拉玛干沙漠人工绿地与自然沙地能量收支差异研究[J].沙漠与绿洲气象，2022，16（3）：1-9.
doi：10.12057/j.issn.1002-0799.2022.03.001
HUO wen，ZHI Xiefei，YANG Fan，et al. Energy Budget Difference Between Artificial Green Land and Natural Sandy Land in Taklimakan Desert [J].Desert and Oasis Meteorology,2022,16(3):1-9.
doi：10.12057/j.issn.1002-0799.2022.03.001
查看全文：
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研究概述
沙漠是地球陆地表面一种极具代表性的下垫面形式，因其反照率高、沙粒热容效率高等独特的土壤物理属性，形成了与其他下垫面形式不同的典型能量收支特征。为此，很多学者致力于沙漠区域能量收支的研究。能量收支的研究受到众多学者的重视，特别是其对全球气候变化与生态系统的影响研究显得尤为重要。中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所研究团队从21世纪初一直关注塔克拉玛干沙漠的边界层气象问题，持续开展沙漠边界层综合观测试验，取得一些研究成果。
本文研究工作基于沙漠区域小气候观测试验，利用连续的辐射能量观测数据阐述了研究区域的地表能量收支特征，从局地气候的角度揭示了由于人类影响而产生的地表能量格局改变。这种精细化、小尺度的沙漠区域小气候地表收支与能量平衡的细微甄别，有助于增强对沙漠区域不同地表格局能量辐射平衡特征规律的理解，同时也为沙漠陆面模式或者区域气候模式的参数化方案的改进提供基础支撑。
本文利用2013年塔克拉玛干沙漠自然沙地和人工绿地的辐射能量观测数据，解析不同下垫面能量收支的差异。结果表明：1）辐射各分量参数日变化特征显著，地面长波辐射(ULR)日尺度最大差值50 W·m-2。2）土壤湿度是引发地表反照率产生差异的主控因子之一，滴灌是沙漠中人工绿地水分供给的主要方式，促进了沙漠土壤含水率的提升，从而影响了地表反照率的变化。3）净辐射（Rn）在白天与夜间耗能形式不同，白天以感热通量（H）为主，夜晚以地表土壤热通量（G0）为主。在植被生长周期，潜热通量（LE）耗能份额会有所递增，耗能比增加了1.5%。4）地表能量平衡比率（EBR）在绿地的波动幅度大于沙地，沙地的EBR上升速率要大于绿地。绿地夏季闭合率最高，沙地春、夏季闭合率最高。
作者简介：霍文，男，副研究员，主要从事沙漠边界层气象探测研究。
第一作者单位：中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所
通信作者：智协飞，男，教授，博导， 主要从事数值天气预报、季风动力学、短期气候预测、气候变化等方向的研究。
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