holocene期刊最新论文

编译 冯维维

Science , 21 May 2021, Volume 372 Issue 6544

《科学》 2021年5月21日，第372卷，6544期

物理学 Physics

Electron ptychography achieves atomic-resolution limits set by lattice vibrations

电子叠层成像实现晶格振动规定的原子分辨率极限

作者：Zhen Chen, Yi Jiang, Yu-Tsun Shao, David A. Muller, etc.

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摘要

限制电子显微镜图像分辨率和解释的两个主要问题是透镜像差和多次散射。

作者利用叠层成像——一种使用相干散射和多个重叠照明点从远场衍射模式重建图像的技术，克服了这些问题。这种方法的分辨率不是受光学的限制，而是受样品散射强度的限制，所以它可以更好地用于较厚的样品。

作者获得了比PrScO3样品中原子的热振动更好的最终横向分辨率，表明在理论上可以识别单个掺杂原子。

Abstract

Two major problems that limit the resolution and interpretation of electron microscopy images are lens aberrations and multiple scattering. Chen et al. overcame these issues with ptychography, a technique that uses coherent scattering and multiple overlapping illumination spots to reconstruct an image from far-field diffraction patterns. This method works at a resolution that is limited, not by optics, but rather by the scattering strength of the sample, so it can work better with thicker samples. The authors achieved ultimate lateral resolution better than the thermal vibration of atoms in a PrScO3 sample and showed that it is theoretically possible to identify single dopant atoms.

Observation of superfluidity in a strongly correlated two-dimensional Fermi gas

二维费米气体中的超流体现象

作者：Lennart Sobirey, Niclas Luick, Markus Bohlen, Hauke Biss, Henning Moritz, VThomas Lompe

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摘要

理解紧密相关的二维系统如何在高温下产生非常规超导性是凝聚态物理中尚未解决的主要问题之一。

超冷的二维费米气体作为干净和可控的模型系统出现，用于研究强相关性和降维的相互作用，但这些系统中超流体的直接证据一直缺失。

作者通过在系统中移动一个周期势，并观察到在临界速度VC以下没有耗散，来证明在超冷二维费米气体中的超流体性。

他们将VC 作为相互作用强度的函数进行了测量，并在玻色子超流和费米超流的交叉域中找到一个极大值。作者表示，该测量使系统地研究降维对费米超流的影响成为可能。

Abstract

Understanding how strongly correlated two-dimensional (2D) systems can give rise to unconventional superconductivity with high critical temperatures is one of the major unsolved problems in condensed matter physics. Ultracold 2D Fermi gases have emerged as clean and controllable model systems to study the interplay of strong correlations and reduced dimensionality, but direct evidence of superfluidity in these systems has been missing. We demonstrate superfluidity in an ultracold 2D Fermi gas by moving a periodic potential through the system and observing no dissipation below a critical velocity vc. We measure vc as a function of interaction strength and find a maximum in the crossover regime between bosonic and fermionic superfluidity. Our measurements enable systematic studies of the influence of reduced dimensionality on fermionic superfluidity.

化学 Chemistry

Reversible ketone hydrogenation and dehydrogenation for aqueous organic redox flow batteries

有机水相氧化还原流电池酮可逆氢化和脱氢

作者：Ruozhu Feng, Xin Zhang, Vijayakumar Murugesan, Aaron Hollas, Ying Chen, Yuyan Shao, Eric Walter, Nadeesha P. N. Wellala, Litao Yan, Kevin M. Rosso, Wei Wang

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摘要

在液流电池中，阴极液和阳极液被存储在单独的槽中，泵被用于将液体循环到由薄膜隔开的电极堆中。这种电池是大规模电网存储应用的理想选择；然而，合适的氧化还原分子目前仍然有限。

作者利用“分子工程”对廉价的前体（9-芴酮）进行修饰，作为有机氧化还原流电池的基础。他们在一个氧化还原流电池中测试了一系列不同的分子，其中的反应涉及可逆的酮在水电解质中氢化和脱氢。这些反应具有双电子氧化还原和在空气、高温（50 ）下操作等优点，更适合于实际应用。

Abstract

In a flow battery, catholyte and anolyte are stored in separate tanks, and pumps are used to circulate the fluids into a stack with electrodes separated by a thin membrane. Such batteries are ideal for large-scale grid storage applications; however, suitable redox molecules are currently limited. Feng et al. used “molecular engineering” to modify an inexpensive precursor (9-fluorenone) as the basis for an organic-based redox flow battery. The authors tested a series of variant molecules in a redox flow battery in which the reactions involve reversible ketone hydrogenation and dehydrogenation in an aqueous electrolyte. These reactions have advantageous features, including two-electron redox and operation in air and at elevated temperatures (50 C), that are more suitable for real-world applications.

Biphenylene network: A nonbenzenoid carbon allotrope

联苯网络:一种非苯类碳同素异形体

作者：Qitang Fan, Linghao Yan, Matthias W. Tripp, Ondrej Krejcí, Stavrina Dimosthenous, Stefan R. Kachel, Mengyi Chen, Adam S. Foster, Ulrich Koert, Peter Liljeroth, J. Michael Gottfried

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摘要

虽然石墨烯形成了二维的碳片，但其他排列的碳环也可以组装成平面的薄片。

作者在金表面上合成了一种由 sp2 杂化碳原子组成的四元、六元和八元环的联苯碳片。吸附的卤代三苯分子经过两步互聚脱氢氟化聚合，通过碳-碳键形成四元环和八元环。

扫描隧道光谱显示，该碳同素异形体是金属的，而不是电介质。作者期望这种互聚体HF-zip方法能够补充其他非苯类碳同素异形体的合成工具箱。

Abstract

Although graphene forms two-dimensional carbon sheets, other arrangements of carbon rings could also assemble as flat sheers. Fan et al. synthesized an ultraflat biphenylene carbon sheet consisting of sp2 -hybridized carbon atoms forming four-, six-, and eight-membered rings on a gold surface. An adsorbed halogenated terphenyl molecule undergoes a two-step interpolymer dehydrofluorination polymerization that creates the four- and eight-membered rings through carbon–carbon bond formation. Scanning tunneling spectroscopy revealed that this carbon allotrope is metallic. They expect the interpolymer HF-zipping method to complement the toolbox for the synthesis of other nonbenzenoid carbon allotropes.

气候与生态 Climate &Ecology

Global acceleration in rates of vegetation change over the past 18,000 years

过去18000年，全球植被变化加速

作者：Ondrej Mottl, Suzette G. A. Flantua, Kuber P. Bhatta1, John W. Williams, etc.

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摘要

在过去的18000年里，全球植被首先因伴随最后一次冰川消失的气候变化而发生变化，此后因为人类压力的增加而发生变化；然而，对全球植被变化率的幅度和模式了解甚少。

通过对1181个花粉化石序列的汇编和新开发的统计方法，作者发现，从4.6万年前到2.9万年前，全球范围内的植被组成变化速度在加速，这在过去1.8万年里的全球范围内都是前所未有的。

全新世晚期的变化速率等于或超过了所有大陆的除冰速率，这表明人类对陆地生态系统的影响规模甚至超过了气候驱动的最后一次除冰。作者表示，从上个世纪的生态数据中可以看出，生物多样性变化的加速始于数千年前。

Abstract

Global vegetation over the past 18,000 years has been transformed first by the climate changes that accompanied the last deglaciation and again by increasing human pressures; however, the magnitude and patterns of rates of vegetation change are poorly understood globally. Using a compilation of 1181 fossil pollen sequences and newly developed statistical methods, we detect a worldwide acceleration in the rates of vegetation compositional change beginning between 4.6 and 2.9 thousand years ago that is globally unprecedented over the past 18,000 years in both magnitude and extent. Late Holocene rates of change equal or exceed the deglacial rates for all continents, which suggests that the scale of human effects on terrestrial ecosystems exceeds even the climate-driven transformations of the last deglaciation. The acceleration of biopersity change demonstrated in ecological datasets from the past century began millennia ago.

Balancing conservation priorities for nature and for people in Europe

欧洲保护自然的优先事项

作者：Louise M. J. O’Connor, Laura J. Pollock, Julien Renaud, Willem Verhagen, Peter H. Verburg, Sandra Lavorel, Luigi Maiorano, Wilfried Thuiller

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摘要

保护科学家一致认为，应该扩大保护区以保护生物多样性和生态系统服务，但往往很难确定保护区的优先级。

考虑到推动整个欧洲保护的因素，作者的分析囊括了，以（>800）脊椎动物物种的分布为代表的物种的价值；以自然 旅游 等活动为代表的景观的文化价值；以及碳汇和防洪等生态系统服务的价值。

Abstract

There is consensus among conservation scientists that protected areas should be expanded to safeguard biopersity and ecosystem services, but it is often difficult to prioritize areas for protection. Considering factors that motivate conservation across Europe, an analysis by O'Connor et al. includes the value of species, represented by distribution of >800 vertebrate species; the cultural value of landscapes, represented by activities such as nature tourism; and the value of ecosystem services such as carbon sequestration and flood protection. Although these three main features often do not coincide in the landscape, the authors found that a focus on biopersity in spatial conservation planning is the most effective means of capturing a range of nature's values.

Nature: 指标季节性的分离揭示全球变暖已持续上万年

工业革命以来，人类活动引发的CO 2 度升高导致全球快速升温，显著影响着地球环境和人类 社会 。由于器测记录时限的有限性，通过地质记录定量重建过去温度，延长气候变化的 历史 ，对全面认识现代全球变暖在地球系统自然变率中的位置至关重要。

尽管古气候定量化目前已取得重要进展，但距我们最近的全新世（距今 11 700年以来），地质记录重建和古气候模拟的全球年均温变化存在显著差异。地质记录重建显示，温度在距今~10 000？6 000年处于峰值（“全新世大暖期”），其后逐渐下降，工业革命以来的全球变暖逆转了这一趋势（Marcott et al., 2013；Kaufman et al., 2020）；然而，古气候模拟则显示，全新世年均温呈现整体上升趋势（Liu et al., 2014）（图1）。上述温度变化的巨大差异，被称为“全新世温度谜题（Holocene temperature conundrum）”（Liu et al., 2014），一直困扰着古气候学者。解开该谜团的关键在于厘清：气候代用指标是否存在季节性偏差？古气候模式的气候敏感性和反馈过程是否存在偏差？

图1 重建和模拟的全新世全球年均温度变化，蓝线为多指标重建结果，黑线为模拟的年均温，红线为模拟的夏季温度（改自Liu et al., 2014）

最近，美国罗格斯大学的Bova博士和合作者在Nature上发表论文，提出了一种有效分离季节性信号新方法（seasonal to mean annual transformation, SAT），更好地重建了季节和年均温度变化（图2）。

图2 SAT方法在IODP U1485钻孔末次间冰期和全新世时段温度重建中的应用（Bova et al., 2021）。（a、e）钻孔所在纬度（3 S）最相关季节（8月）和年均太阳辐射变化；（b、f）重建和模拟的季节性温度变化；（c、g）计算出的季节性偏差值（ΔSST）；（d、h）校正后的年均海表温度变化

该方法的原理是：假设海表温度线性响应太阳辐射变化，重建温度变化（SST SN ）与最相关的季节性太阳辐射的相关性，如高于其与年均太阳辐射的相关性，则认为重建温度存在季节性偏差；季节性偏差因子（ɑ s ）由SST SN 与季节和年均太阳辐射的偏差值（ΔI）的线性回归获得（SST SN = ɑ s ΔI + ε s ），由此，得出重建温度的季节性偏差值（ΔSST = ɑ s ΔI ），进而获得校正后的年均温（MASST = SST SN - ΔSST）。季节性偏差因子的计算，基于末次间冰期（距今128 000-115 000年前）的海温重建数据，选择末次间冰期，原因在于该时期太阳辐射的季节性差异比全新世的大，而冰盖、温室气体等其他因素对温度的影响更弱，因此更易识别出温度的季节性信号。

首先，作者把这一方法应用到了位于巴布亚新几内亚东北部的海洋钻孔（IODP Site U1485）末次间冰期和全新世的温度重建（图2）。结果显示，重建温度与八月的太阳辐射变化最为相关，具有很好的季节性信号；校正后的年均海表温度变化在两个时段均呈现上升趋势，与同一地区的模拟结果基本一致（图2）。利用同样的方法，作者把模拟的季节性温度进行了校正，得到的年均温度变化趋势与模拟输出结果相一致，因此验证了方法的可靠性（图2）。

其次，作者进一步把SAT方法应用到40 S-40 N之间的海表温度重建（图3b）。结果显示，多数重建结果存在季节性偏差，且主要偏向于夏秋季，导致重建结果存在早中全新世大暖期（图3a、图3b）；然而，校正后的年均温则显示，全新世呈持续升温趋势（图3b），与模拟结果基本一致（图3c）；进而证实“全新世温度谜题”，可能主要源于气候代用指标的季节性偏差。

图3 全新世40 S-40 N海表温度重建、校正结果，以及温度变化机制（Bova et al., 2021）。（a）前人重建的全球年均温度变化（Marcott et al., 2013；Kaufman et al., 2020）；（b）40 S-40 N海表温度重建结果（红线）和校正后的年均温度变化（蓝线）；（c）模拟的年均温度变化及温室气体的贡献；（d）全球冰量变化和温室气体辐射强迫变化

在上述基础上，作者揭示出全新世年均海表温度长期增加的机理，全新世早中期（距今12 000-6 500年前）主要受冰盖、太阳辐射等驱动；而温室气体主导了包括工业革命以来，最近6 500年的全球变暖（图3c、图3d）。

主要参考文献

Bova S, Rosenthal Y. Liu Z. et al. Seasonal origin of the thermalmaxima at the Holocene and the last interglacial [J]. Nature, 2021, 589(7843):548–553.

Kaufman D, McKay N, Routson C, et al. A global database of Holocenepaleotemperature records [J]. Scientific Data, 2020, 7(1): 115.

Liu Z, Zhu J, Rosenthal Y, et al. The Holocene temperature conundrum[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2014, 111(34): E3501–E3505.

Marcott S A, Shakun J D, Clark P U, et al. A reconstruction ofregional and global temperature for the past 11,300 years [J]. Science, 2013,339(6124): 1198–1201.

（撰稿：张文超， 吴海斌 /新生代室）

校对：覃华清

中国地质调查局青岛海洋地质研究所科研人员近日在国际期刊《The Holocene》发表了题为《全新世以来东海内陆架泥质体“源-汇”及沉积演化过程对环境变化的响应：来自远端泥质体的新证据》的论文。 文中，研究人员分析了全新世以来东海内陆架泥质体“源-汇”体系及沉积演化过程对气候变化及人类活动的响应。结果显示，全新世以来泥质体南部的沉积物主要来源于长江，受沿岸中小河流及台湾物质的影响很小。受气候变化和人类活动的影响，长江上游和中下游流域沉积物对泥质体南部的物源贡献在不同阶段存在差异：全新世以来，泥质体南部物源主要来源于长江上游；而在距今5000至2500年前，受印度夏季风减弱的影响，长江上游的沉积物风化剥蚀减弱，泥沙供应显著减少，造成泥质区北部低沉积速率，此时泥质体南部物源也更为偏向于长江中下游，而在此期间东亚冬季风的加强，导致冬季沿岸流增强反而携带了更多沉积物南下，直接体现在泥质体南部出现较高沉积速率。研究认为，在距今5000至2500年前，沉积速率分布呈现出的一边高一边低的类似于“跷跷板”的模式与长江上游沉积物供给减少和东亚冬季风增强导致浙闽沿岸流强度增加有关。 该研究成果不仅加深了科研人员对气候变化控制泥质体沉积模式的认识，对于理解泥质体的形成演化机制具有重要意义，同时也为世界边缘海泥质体“源-汇”体系及沉积模式研究提供借鉴。 （丛静艺）