放同位素识别仪

CO2和CH4排放增加是全球变暖的主要原因（IPCC，2013），人类活动导致大约44%和60%的CO2和CH4排放到大气中。人类活动如拦河筑坝干扰湿地的结构和功能，引发大量土壤CO2和CH4排放。然而，目前对湿地水库CO2和CH4排放及其碳同位素特征的影响机制知之甚少。基于此，为了填补研究空白，在本研究中，来自云南大学和中科院武汉植物园的研究团队在三峡消落区原位条件下调查了4个海拔梯度（即不同淹水状态）（175 m，160–175 m，145–160 m和＜147 m）饱和和排干状态下CO2和CH4排放模式及其碳同位素特征，以及相关的控制因子。他们作出了如下假设：1）由于淹水下优势植物种的转变，土壤条件（例如土壤基质质量，土壤水分和温度）的变化将会改变CO2排放以及CO2的δ13C值；2）CH4排放模式及其同位素特征对淹水更敏感，反映了土壤厌氧环境的增加；3）不同淹水状态下（例如饱和和排干状态下）将会导致酶表达和微生物属性的改变，进而极大影响CO2和CH4排放。图1 重庆忠县研究区位置（a）；三峡消落区采样地卫星图像及沿海拔梯度详细的静态通量室放置图（b）。作者于2017年6-8月测量了土壤/水大气界面CO2和CH4的交换率。利用ABB LGR CO2同位素分析仪分析CO2的浓度及δ13C，并利用ABB LGR甲烷碳同位素分析仪分析CH4的浓度及δ13C。【结果】高海拔地区CO2排放明显较高，饱和状态和排干状态之间差异显著。相比之下，在整个观测期，高海拔地区（41.97 μg CH4 m-2 h-1）平均CH4排放量高于低海拔地区（22.73 μg CH4 m-2 h-1）。从饱和状态到排干状态，低海拔CH4排放降低了90%，在高海拔增加了153%。与低海拔和高地相比，高海拔CH4的δ13C更富集，饱和状态比排干状态更贫化。作者发现土壤CO2和CH4排放与土壤基质质量（例如，C:N）和酶活性密切相关，而CO2和CH4的δ13C值分别主要与根呼吸和产甲烷细菌活性有关。具体而言，饱和和排干状态对土壤CO2和CH4排放的影响强于水库海拔的影响，从而为评估人类活动对碳中和的影响提供了重要依据。不同海拔下土壤CO2排放的周平均值以及整个非淹水期土壤CO2排放量。不同海拔下CH4排放的周平均值以及整个非淹水期土壤CH4排放量。非淹水期不同海拔土壤呼吸CO2的δ13C（a）和CH4的δ13C（b）。土壤饱和和排干状态下不同海拔CO2（a）和CH4平均排放量（b）。土壤饱和和排干状态下不同海拔土壤呼吸CO2的δ13C（a）和CH4的δ13C（b）平均值。【结论】三峡水库消落区土壤CO2和CH4排放及其碳同位素特征的变化受周期性淹水的强烈影响，可以确定其CO2和CH4的源/汇强度。与高地相比，消落区土壤环境适宜，酶活性较高，土壤基质质量较低，因此CO2排放量较高。土壤呼吸CO2的δ13C值进一步证实了，基质质量和酶活性变化是CO2排放的主要贡献者。随着高地CH4吸收，消落区CH4累积排放量从低海拔到高海拔地区增加。基于CH4的δ13C值，作者得到的初步结论是饱和状态下较高的CH4排放以较强的厌氧环境中乙酸盐裂解过程为特征。因此，结果强调了拦河筑坝引发了周期性淹水，导致土壤质量、酶表达和微生物利用C的策略，以及甲烷氧化过程的转变，潜在的改变了CO2和CH4排放及其碳同位素特征。点击下方链接，阅读全文：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NjE1ODg2NA==&mid=2650309820&idx=2&sn=7f8a55c7547af8ca81cda8c57cc85feb&chksm=bee1a84389962155c285bd7b4ed3a8b80b75fc345cd33b8ef85851689eb50545bada7101169f&token=1524960455&lang=zh_CN#rd

p　　稳定状态的同位素原子核在获得能量之后，或由于捕捉中子变重之后，其状态由稳定变成亚稳定。亚稳定同位素原子核需通过释放多余的能量还原至稳定状态。俄罗斯托木斯克工业大学的科研人员对同位素原子核的这种储放能现象进行了深入的研究，相关成果刊登在“列别捷夫物理研究所学报”上。br//pp　　科研人员研究发现，中子捕捉核反应中所形成的同位素原子核在一段相当长的时间(核规模)内发挥着蓄能器的作用，当能量积累到一定程度后原子核对多余能量进行“清零”，而其状态则由亚稳定过渡到稳定状态。这个现象的深入研究有助于对同位素原子核亚稳定状态多余能量积累及释放过程进行有效的控制。/pp　　核反应堆中石墨结构件存在着所谓的“维格纳能”现象，即在中子辐射下反应堆中的石墨可积累能量，而若干类型核反应堆中石墨结构件可积聚相当的“暗能”，当能量释放时可大大提升石墨件的温度。这种残余能量的过多积累有可能导致核反应堆异常情况的发生，如果在核反应堆设计以及结构材料选择、运行控制操作等过程中考虑这种能量的存在并采取相应措施，则可提高核电的安全性。/pp　　科研人员开展此项研究的目的，一方面是为消除这种现象对核反应堆运行存在的安全隐患 另一方面则是利用同位素原子核状态转换可储放能这种现象寻找全新的储能方法。/ppbr//p

北京大学物理学院高鹏、陈基、王恩哥院士课题组等与材料科学与工程学院刘磊等课题组合作，首次实现了在原子尺度上对同位素界面的研究。该研究成果以《同位素界面上的声子转变》为题于日前在国际学术期刊《自然通讯》发表。　　据介绍，原子尺度上探测同位素界面极具挑战，目前具有原子尺度分辨能力的实验技术只有扫描探针显微镜和透射电子显微镜技术，而前者只能探测表面，后者虽然可以探测包埋的界面，但所有的电镜成像和电子衍射技术都只对质子数目敏感而对中子不敏感，因此无法识别同位素。北大团队利用透射电镜的非弹性散射技术，根据同位素声子能量的差异，首次在原子尺度上实现了对同位素界面的识别和探测。由于同位素技术广泛应用于化学、生命科学领域，因此该工作展示了电镜在这些方面巨大的应用潜力。此外，由于自然界中绝大部分物质都是同位素混合物，该工作也表明同位素之间会产生新的界面效应从而改变局域的物理性质，为理解天然材料的物性提供了新视角。　　在各种物质界面中，同位素界面非常特殊，它两侧物质的质子、电子结构完全一样，不同的只是中子数目。但由于技术原因，关于同位素界面及其可能存在的物性影响在以前很少被讨论。近年来，高鹏课题组基于扫描透射电子显微镜发展了“四维电子能量损失谱测量技术”，克服了传统谱学无法同时具备高动量分辨和纳米级空间分辨的缺点，将声子色散探测的空间分辨提升至纳米甚至亚纳米量级，为原子尺度上探测同位素界面物性提供了可能。　　本次研究中，北大团队制备了高纯度的h-10BN和h-11BN材料，并且堆垛得到人工的同位素范德华界面。他们利用h-BN材料声子能带的特点，将电子能量损失谱的空间分辨率设置在原子分辨尺度，同时又具备区分布里渊区中心的小动量声子和布里渊区边界的大动量声子能力，从而测量同位素界面处的声子行为。他们发现界面处的面外振动的光学声子模式在界面处是逐渐过渡的，存在远高于常规界面声子的离域行为，离域度高达五至十倍的晶格常数，并且小动量声子的离域性比大动量的更显著。团队分析认为，同位素声子的不同振幅导致了振动偶极子大小的差异，从而引起界面处存在一定的电荷积累。这些电荷通过电声耦合效应使得声子离域化，并且积累的电荷密度与动量转移相关，这也解释了动量依赖的声子离域行为。　　“这些发现为我们理解天然材料中的同位素效应提供了一个全新角度，并为通过同位素工程设计新功能提供了线索。这些结果也表明，具有原子级空间分辨和动量分辨能力的电镜电子能量损失谱技术，在同位素示踪、原子核量子效应探测方面的巨大潜力。”高鹏说。