密度及氦孔隙率论文文献

一 说明文阅读训练题1 《 氦-3人类未来的新能源》 ① 氦－3是一种清洁、安全和高效率的核融合发电燃料。开发利用月球土壤中的氦---3将是解决人类能源危机的极具潜力的途径之一。 ② 氦—3是氦的同位素，含有两个质子和一个中子。它有许多特殊的性质。根据稀释制冷理论，当氦—3和氦—4以一定的比例相混合后，温度可以降低到无限接近绝对零度。在温度达到以下的时候，液体状态的氦---3还会出现“超流”现象，即没有粘滞性，它甚至可以从盛放的杯子中“爬”出去。然而，当前氦—3最被人重视的特性还是它作为能源的潜力。氦—3可以和氢的同位素发生核聚变反应，但是与一般的核聚变反应不同，氦—3在聚变过程中不产生中子，所以放射性小，而且反应过程易于控制，既环保又安全，但是地球上氦—3的储量总共不超过几百公斤，难以满足人类的需要。科学家发现，虽然地球上氦—3的储量非常少，但是在月球上，它的储量却是非常可观的。 ③ 氦大部分集中在颗粒小于50微米的富含钛铁矿的月壤中。估计整个月球可提供万吨氦—3。这些氦—3所能产生的电能，相当于1985年美国发电量的4万倍，考虑到月壤的开采、排气、同位素分离和运回地球的成本，氦—3的能源偿还比估计可达250。这个偿还比和铀235生产核燃料（偿还比约20）及地球上煤矿开采（偿还不约16）相比，是相当有利的。此外，从月壤中提取1吨氦—3，还可以得到约6300吨的氢、70吨的氮和1600吨碳。这些副产品对维持月球永久基地来说，也是必要的。俄罗斯科学家加利莫夫认为，每年人类只需发射2到3艘载重100吨的宇宙飞船，从月球上运回的氦—3即可供全人类作为替代能源使用1年，而它的运输费用只相当于目前核能发电的几十分之一。据加利莫夫介绍，如果人类目前就开始着手实施从月球开采氦—3的计划，大约30年到40年后，人类将实现月球氦—3的实地开采并将其运回地面，该计划总似的费用将在2500亿到3000亿美元之间。 ④ 从20世纪90年代开始，包括中国、以色列、日本、印度等国家在内，人类掀起了新一轮的探月高潮，在这次探月高潮中，氦—3成为世人瞩目的目标。我过“嫦娥一号”探月卫星搭载的探月仪器2004年4月开始初样研制，其中探测月球土壤厚度与元素含量是该探月仪器工作的重要内容。氦—3作为最有潜力的新能源，已经成为世界各国能源研究的重要课题。 （选自《新华文摘》2005年9月，有改动） 15、为什么说“开发利用月球土壤中的氦—3将是人类能源危机的极具潜力的途径之一”？（2分） 答： 16、本文作者在《神奇的氦—3》一文中曾说：“科学家通过分析从月球上带回来的月壤样品估算，在上亿年的时间里，太阳风为月球带去大约5亿吨氦—3。”这与本文第③段开头画线句所介绍的内容是否矛盾？为什么？（3分） 答： 17、文中大量使用了列数字的说明方法，试举出一例并说明其作用。（3分） 答： 18、下列说法符合原文意思的一项是（3分） A、氦—3是含有两个质子和一个中子的氦的同位素（元素），同时它也是一种清洁、安全和高效的核融合发电燃料（物质）。 B、作为未来新能源的氦—3，在其聚变过程中不易产生中子并且放射性小，所以它将是一种环保型的新能源。 C、从月壤中提取氦—3所得到的副产品可以满足月球永久基地生产和生活的需要。 D、由我国“嫦娥一号”探月卫星搭载发射的探月仪器目前已进入对月球土壤厚度与元素含量的初步探测阶段。 19、假若某年后由我国发射的宇宙飞船将氦—3成功运回地面，请你根据本文介绍，用上 “月球”“氦—3”“科学家”三个词语（可以不考虑先后顺序）写一段话，代表学生向从事开发利用氦—3能源的科学家表示祝贺或感谢。（3分） 答： （2005年临沂市） 【答案】 15、要点：①储量可观（或储量相对较大）②环保、安全 ③能源偿还比高④副产品可供月球永久基地使用（2分。答出其中三个要点即可得2分，每少答一个要点扣1分） 16、不矛盾；前者说明的是上忆年时间里太阳风为月球带去的氦—3的的总量，而本文画线句说明的是月壤中可以供开发利用的氦---3的总量。二者说明的具体内容不矛盾（3分。第一问1分，第二问2分） 17、示例：①这些氦—3所能产生的电能……是相当有利的“几句中，用作比较的“250”“20”“16”三个数字，具体、清楚、直观地说明了氦—3的能源偿还比高，开发利用效益大。②“此外……也是必需的”几句中所列举的四个数字，具体说明了开采氦—3所得到的副产品数量大，利用价值可观。③“加利莫夫认为……3000亿美元之间”几句中，所六数字清楚明白地说明了开采运输氦—3的费用相对较低，开采的可行习惯内大（3分。举例1分，分析2分） 18、A（3分） 19、提示：开放性答案。能综合利用文中有关信息、合理串接给定的词语，符合内容要求且语言通顺即可（3分）2 《警惕啊，无声无息的土壤杀手》 土壤、水、阳光和空气是地球生物生存的四大要素。一般的污染马上就能引起大众的关注，而土壤污染看不见，而且引起的不良后果要在几个月、几年、几十年甚至上百年后才会显现出来。土壤污染不像大气或水污染物那样，可以直接进入人体，危及健康，而是间接地影响人体健康。因为土壤里的污染物是通过食物链，主要通过粮食、蔬菜、水果、奶、蛋、肉等进入人体的，所以有的地方往往不重视对土壤污染的整治。然而，土壤污染比其他污染的危害时间更长，污染物质在并不像在大气和水体中那样容易扩散和稀释，通过长期积累以后，其影响往往是区域性的，而且重金属污染基本上是一个不可逆转的过程，受其污染的土壤可能要很长时间才能恢复正常。 近年来，由于人口急剧增长，工业迅猛发展，固体废物不断向土壤表面堆放和倾倒，有害废水不断向土壤中渗透，大气中的有害气体和飘浮的尘土也不断随雨水降落在土壤中，导致了土壤污染。农业生产所用的化肥、农药和不合格的畜禽粪便肥料，也是造成土壤污染的重要来源。此外，战争之后的炸药、重金属等化学残留物，也对战区的土壤造成严重伤害。陈同斌研究员指出，世界上90％的污染物最终滞留在土壤内。 日前我国估计有1000多万公顷耕地受到污染，居然上全部可利用耕地面积的五分之一，其中矿区污染土地达200万公顷，石油污染土地约500万公顷，固体废弃物堆放污染土地约5万公顷。每年因土壤污染减产粮食1000多万吨，因土壤污染而造成的各种农业经济损失合计200亿元。 土壤污染已经对人类的健康造成威胁。陈同斌研究员前后用了3年的时间对北京全市的土壤和蔬菜进行了大规模的取样分析研究，发现土壤污染问题已经比较严重，并且已经影响到蔬菜等农产品的质量。土壤污染会使污染物在植物中积累，并通过食物链富集到人体和动物体中，危害人畜健康，引发各种疾病。土壤污染还会导致其他环境问题。（选自《自然与人》，有改动） 13．土壤污染跟其他污染物相比有哪些不同的特点？（3分） 14．土壤污染物有多种，下面列举了两种，请你从文中找出其他几种，仿照示例表述。（3分） 示例：（1）播散在农作物上的化肥、农药和不合格粪便。 （2）残留在土壤中的炸药、重金属等化学物。 15．第3段中多处引用数据，你认为有什么作用？请结合具体内容加以简要说明。（3分） 16．读了这篇短文后，你对土壤污染问题一定有了新的认识，请你根据平时的观察和思考，提一条防止土壤污染的建议或拟一条警示性的标语。（3分） （2005年浙江省舟山市） 【答案】 13．⑴土壤污染看不见 ⑵间接地影响人体健康 ⑶污染的危害时间更长。 14．⑴堆放和倾倒在土壤表面的固体废物⑵渗透在土壤中的有害废水⑶（随雨水）降落在土壤中的有害气体和飘浮尘土。 15． 具体、准确地说明了目前我国土壤污染的严重程度和造成的巨大损失。 16．（此题答案开放，只要能围绕防止土壤污染、告诫人们保护土壤等要点写即可。） 3 《 科学认识海啸》 任何灾难对人类来说，兴许是最好的老师。大灾之后必有大识。A从海啸灾难中科学地认识海啸，对提高防御海啸是十分有益的。 海啸，古已有之。B中国对于海啸灾害的文献记载始于公元前左右，当时称之为海溢、海立，形象地描述了海啸灾害降临时大海满溢、波浪立起成海墙的情景。唐代诗人杜甫在《朝献太清宫赋》中云“九天之云下垂，四海之水皆立”，描述了天空乌云密布，海水立将起来、猛扑过来的态势，说明中国人对海啸早有所知。… 海啸是一种极具破坏力的自然灾害，它是由于地震、海底火山喷发或风暴而引起的海面巨大涨落。“海啸”一词是常受海啸侵扰的日本人首先用的，英文海啸“Tsunami”一词是由日文音译而来。海啸的成因有三类：一是由气象变化引起，诸如强大的低气压通过时产生的海面异常升高，称为“风暴潮”；二是由地质变化引起，如地震、火山、海底断层、滑坡都能造成，称“地震海啸”，就像这次印度洋发生的海啸；三是由核爆炸、人工地震等引起。美国在第二次世界大战后在北太平洋比基尼岛进行了持续多年的核爆炸试脸，曾经诱发海喻。 但是，也不是任何海洋地质的突变都会导致海啸的发生。据统计，每15000次海底构造地震中，只有100次会酿成海啸。通常海啸的产生受震源条件、震源水深、震源深度和震级大小控制。震级大于里氏级、震源深度在25千米以内的地震会产生海啸，震级在里氏7、5级以上、震源深度在40千米以内，会形成灾难性海啸，如这次印度洋发生的地震海啸。 14．下列说法正确的一项是（2分）（C） A.中国对海啸的认识是世界上最早的国家。 B.导致海啸产生的原因是各种海洋地质的突变。 C.海啸的产生往往受震源的条件、水深、深度和震级等各种因素的制约。 D.由于海啸产生的主要诱因在海底，所以它造成的危害都非常小， 15．文中画线的A,B两个句子都有语病，请改正。（2分） 16．分析句子“九天之云下垂，四海之水皆立”在文中的作用。（3分） 17．面对人类受到的各种自然灾害威胁，我们应怎么做？谈谈你的理解。（3分） （2005年云南省曲靖市） 【答案】 14．C 15．A.从海啸灾难中科学地认识海啸，对提高防御海啸的能力是十分有益的。 B.中国对于海啸灾害的文献记载始于公元前。 16．用引用的方法既说明了中国对海啸的认识比校早，又生动形象地描述了海啸发生时的状貌。（每答对一方面给分） 17．首先，要强化环保意识，加强环境保护，人与自然和谐相处。其次，加大对自然灾害知识宣传的力度，科学地认识各种自然灾害。第三，建立自然灾害的监控和预警机制，以便科学有效地减灾救灾。（答对一点给分，答对两点及以上给满分，表意相近即可酌情给分。）4 《路面上的新科技》 长期以来，我国城市路面非“黑”即“白”(黑色沥青和白色水泥两种颜色)，而在欧洲，如英国、德国、荷兰等国，彩色路面已较为普及。通过道路颜色的不同，如红、绿、蓝、黄等，提示不同车辆的驾驶者在规定的路面上行驶，从而避免了车辆的混行，大大增强了安全性。 现在，国内一些城市也开始采用彩色路面。以北京为例，当汽车行驶到二环路雍和宫到东直门转弯处时会发现此处路面与别处不同，一是呈暗红色，原来此处为事故多发地，改变路面颜色以引起司机注意；二是路面加铺了一层颗粒状防滑材料。在上海的局部地区还出现了碧绿色、橘黄色的路面，各种车辆“各行其道”。这种彩色路面不仅美化了市容，还能起到防滑、提示司机减速以减少交通事故发生，方便交通管理等作用。 与此同时，一种新颖的多孔隙沥青透水路面也应运而生。这种能够吸纳回收雨水的路面技术的采用，对于缺水的城市来说，无疑是一个福音。这种技术将沥青路面做成“三层”：最上层安置了透水材料，中间层安置了雨水分流设施，将来自最上层的雨水分流到排水管以回收利用，最底层为密封层，防止雨水渗透到地下。 透水路面采用的是在普通沥青中加入了强化纤维的混合料，使路面孔隙率由普通沥青路面的4％左右提高到15％--25％，有的甚至高达30％，大大提高了路面吸收雨水的能力。这种材料的特点还决定了其使用寿命要高于传统路面，因为它能避免冬季道路冻结对路面材料结构造成的破坏。另外，下雨时，这种路面不积水，不溅水，汽车行驶时不易打滑，有利于交通安全。 目前在欧洲，透水路面的普及率已达15％一18％。德国计划到2010年，把全国城市90％的路面改造为透水路面。在我国普遍缺水的城市也应大力推广这项技术。 (选自《百科知识》2005年第3期，有删改) 14．第2段中“此处路面与别处不同”中的“不同”指哪两个方面?“各行其道”和第1段中的哪一句相照应?(4分) 15．阅读第2、3两段，任选一题回答。(3分) (1) 第2段中的彩色路面有哪三个作用?请简要概括。(不超过20个字) (2) 第3段中所说的透水路面分为三层，每层各有什么功能?请分别用两个字加以概括。 16．最后两段主要说明了什么内容?请简要概括。(2分) 17．根据文章提供的信息，下列说法中正确的一项是(3分)（ ） A．目前在我国，北京、上海等一些大城市已基本铺设了彩色路面。 B．普通沥青路面的孔隙率不足4％，而透水路面的孔隙率大多为15％一30％。 C．采用彩色路面和透水路面有一个共同点，那就是提高了交通的安全性能。 D．由于透水路面优越性多，德国已把全国90％的路面改造为透水路面。 （2005年江苏省盐城市） 【答案】 14．颜色(或“呈暗红色”)、材料(或“路面加铺了一层颗粒状防滑材料”)(2分) 提示不同车辆的驾驶者在规定的路面上行驶(2分) 15．(1)①美化市容(1分) ②减少交通事故发生(或“防滑并提示司机减速”)(1分) ③方便交通管理(1分) (每超过3个宇扣1分) (2)①透水(1分) ②分流(或“回收”)(1分) ③密封(或“防渗”)(1分) (如两题都做，以答得较好的一题给分)(3分) 16．说明透水路面的特点及发展趋向(答到一个方面给1分)(意思对即可，2分) 17．C(3分)5 《蜜蜂与排雷》 有些动物天赋的生理机制和特殊本领，可利用来造福人类。 科学家发现，经过特殊训练的蜜蜂可以在污染控制和环境监测上大显身手。美国蒙大拿大学研究人员还发现，蜜蜂在寻找地雷以及其他爆炸物方面同样具有非凡的能力。与警犬相比，蜜蜂除了容易训练且工作起来更吃苦耐劳外，在寻找“猎物”（各类爆炸物品）的准确性方面也显得高出一筹。 目前世界各地约有亿颗地雷等待排除，每年约有万人因触雷而死或致残。小小蜜蜂可以为搜寻这些重大隐患开辟新路并做出贡献。 为什么蜜蜂能有这种本领？因为蜜蜂在长期生存竞争中形成的嗅觉十分敏锐，可以识别出狗无法分辨的许多种细微气体。加之这种昆虫经常是群体出动，因此在搜索同样面积的情况下，它们的工作远远比狗更有效。科学研究表明，这些“探雷蜜蜂”只需要接受短短几天训练，就可以适应搜索地雷的要求。 12.本文第2段告诉我们，蜜蜂探雷比警犬探雷“高出一筹”表现在___ 、__、__ 三个方面。(3分）13．善于捕捉关键词语，有助于把握主要信息，快速理解语意。上文画线句子中能概括主要内容的关键词语是口口和口口。（4分）14.请你另举一个利用动物本能或运用仿生学造福人类的事例。（3分）（2005年福州市课改实验区）【答案】 12. 容易训练（训练）吃苦耐劳 （工作）准确性高（准确性）(3分) 13. 嗅觉 敏锐(4分) 14. 示例①利用猪的灵敏嗅觉来缉毒示例 ②运用蝙蝠超声波定位的原理，研制出雷达，应用于军事、气象等领域。(3分)二 实用文阅读训练1.本文说明的中心内容是什么?说明顺序是什么?2.第①段主要运用了什么说明方法?有何作用?3.第②③段可不可以删去?为什么?4.第⑥段中画线的“同样的道理”指的是 。5.针对我国人口密度高的现象,国家采取了实行计划生育、控制人口增长速度等措施。阅读本文后,你认为,要保证我国13亿人有饭吃、有衣穿,还应当注意什么?答案1.中心内容是“为什么中国一直人口众多”;说明顺序是逻辑顺序。2.作比较;突出说明了中国人口密度高的现实情况。3.不能删去;这两段具体说明了两种假说的具体内容及其局限性,使文章内容更加准确全面。4.养人成本较低,养人数量较多,人口密度就会较高。5.在现有土地的基础上,搞好农业生产,提高农作物的单产量。参考资料：

狗，形状大小各一；颜色、品种都很丰富；而且生性灵活，是惹人喜爱的动物。 狗的五官也像人般端正，四肢更是健全。它们走起路来，摇摇摆摆的，快活得不得了。一般情况下，狗的长度约八分米，其重量也不会超过35公斤…… 狗毛的颜色五颜六色，品种更是多的不可计数。狗毛的颜色以黑、黄、白为主，还有的黑黄、黄白、黑白相间……据说，狗毛的颜色与其本性有联系的：黑的紧守家门，凶猛如虎；黄的貌似流浪，来去自如；白的纯真活泼，言听计从……根据多年统计，狗的品种约占世界动物总数的四分之一；其中，"沙皮狗"便是我们大沥的名牌狗种。约有500个家庭领养了此种狗…… 狗的生性灵活。世界上几乎没有一只狗是痴痴呆呆，不爱吃也不爱玩的。然而，狗的反应十分敏捷。当看到有老鼠、虫蚁的出现，狗便展示其自身本领，快速地捕捉盯紧的"猎物"；在狗的视线范围内，几乎没有一只"猎物"能够脱离它们的"五指山"。 狗的食量不大，但却很挑剔。狗每一天的食量大约是人类的三分之一，只吃鱼、肉或是其它的骨头，蔬菜、水果大多数都不喜欢吃…… 狗的智力在低等动物界中也是非比寻常的，是高等动物--"人类"的智力的四分之一。通过人工训练的狗能做许多高难度的动作：在低空中极其准确地接往从较高空中掉下来的微细物品；单脚踮地，双手握住人类的手，像和人类打交道般friend…… 狗--人见人爱，聪明伶俐的好动物

块体石料的孔隙体积，可将准备好的干燥试样，放在密封容器内，自试样中抽出空气，在一定真空度下使试样被液体所饱和。完全充满孔隙空间的液体体积等于试样的孔隙体积。碎石的孔隙率可用如前所述可将液态氦或其他介质充入孔隙中，以求得孔隙体积。孔隙率=孔隙体积/总体积孔隙率，指块状材料中孔隙体积与材料在自然状态下总体积的百分比。或散粒状材料堆积体积中,颗粒之间的空隙体积占总体积的比例。孔隙率与多孔介质固体颗粒的形状、结构和排列有关。

编译 | 李言

Nature , 17 March 2022, Volume 603 Issue 7901

《自然》 2022年3月17日，第603卷，7901期

化学 Chemistry

High-resolution laser resonances of antiprotonic helium in superfluid 4He

超流体4He中反质子氦的高分辨率激光共振

作者：Anna Sótér, Hossein Aghai-Khozani et al.

链接：

摘要

在此，我们展示了当一个具有反质子成分的奇异氦原子被嵌入到超流氦中时，它的可见波长谱线保持了亚千兆赫的线宽。当原子周围的液体转变为超流相时，反质子激光共振线宽突然减小。

这就解决了电子和反质子之间自旋-自旋相互作用所产生的超精细结构，相对光谱分辨率为106的两部分，尽管反质子氦位于正常物质原子的密集矩阵中。在激光激发期间，反质子原子的电子壳层保持一个大约40皮米的小半径。

这意味着，其他含有反核的氦原子以及带负电荷的介子和超子，包括在超流氦中形成的奇异夸克，可以通过具有高光谱分辨率的激光光谱学来研究，从而能够确定粒子的质量。清晰的光谱线可以探测到宇宙射线的反质子，也可以搜索到滞留在液氦目标中的反氘核。

Abstract

Here we show that when an exotic helium atom with a constituent antiproton is embedded into superfluid helium, its visible-wavelength spectral line retains a sub-gigahertz linewidth. An abrupt reduction in the linewidth of the antiprotonic laser resonance was observed when the liquid surrounding the atom transitioned into the superfluid phase. This resolved the hyperfine structure arising from the spin–spin interaction between the electron and antiproton with a relative spectral resolution of two parts in 106, even though the antiprotonic helium resided in a dense matrix of normal matter atoms. The electron shell of the antiprotonic atom retains a small radius of approximately 40 picometres during the laser excitation. This implies that other helium atoms containing antinuclei, as well as negatively charged mesons and hyperons that include strange quarks formed in superfluid helium, may be studied by laser spectroscopy with a high spectral resolution, enabling the determination of the particle masses. The sharp spectral lines may enable the detection of cosmic-ray antiprotons or searches for antideuterons that come to rest in liquid helium targets.

Flat-surface-assisted and self-regulated oxidation resistance of Cu(111)

平坦表面和自调节抗氧化性能的铜薄膜材料Cu(111)

作者：Su Jae Kim, Yong In Kim, Bipin Lamichhane et al.

链接：

摘要

氧化会降低铜的性能，而铜的性能对其使用至关重要，尤其是在半导体工业和电光应用中。在此，我们展示半永久抗氧化的铜薄膜制备，因为它们由平坦的表面组成，只有偶发单原子台阶。第一性原理计算证实，单原子台阶边缘与平坦表面一样不受氧的影响，并且一旦达到50%氧面心立方FCC表面位置覆盖率，氧原子表面吸附就被抑制。这些综合效应解释了超平摊铜表面特殊的抗氧化性。

Abstract

Oxidation can deteriorate the properties of copper that are critical for its use, particularly in the semiconductor industry and electro-optics applications. Here we report the fabrication of copper thin films that are semi-permanently oxidation resistant because they consist of flat surfaces with only occasional mono-atomic steps. First-principles calculations confirm that mono-atomic step edges are as impervious to oxygen as flat surfaces and that surface adsorption of O atoms is suppressed once an oxygen face-centred cubic (fcc) surface site coverage of 50% has been reached. These combined effects explain the exceptional oxidation resistance of ultraflat Cu surfaces.

物理学 Physics

Unbiasing fermionic quantum Monte Carlo with a quantum computer

无偏的费米子量子蒙特卡罗与量子计算机

作者：William J. Huggins, Bryan A. O’Gorman, Nicholas C. Rubin, David R. Reichman, Ryan Babbush & Joonho Lee

链接：

摘要

用约束来控制费米符号问题保证了量子蒙特卡罗计算（QMC）的效率，但代价是由于经典计算的灵活性有限而可能存在显著的偏差。

在此，我们提出了一种将QMC与量子计算相结合的方法来减少这种偏差。我们的方案在实验中实现了，我们使用了多达16个量子位来进行无偏约束QMC计算，这些计算是在多达120个轨道的化学系统上进行的。

这些实验代表了在量子计算机的帮助下进行的最大的化学模拟，同时实现了与最先进的经典方法竞争的精度，而不需要负担的错误缓解。

与流行的变分量子本征求解器相比，我们的量子-经典混合计算模型为电子结构问题提供了另一种实现实际量子优势的途径，而不需要非常精确的基态波函数的制备和测量。

Abstract

Controlling the fermionic sign problem with constraints ensures the efficiency of QMC at the expense of potentially significant biases owing to the limited flexibility of classical computation. Here we propose an approach that combines constrained QMC with quantum computation to reduce such biases. We implement our scheme experimentally using up to 16 qubits to unbias constrained QMC calculations performed on chemical systems with as many as 120 orbitals. These experiments represent the largest chemistry simulations performed with the help of quantum computers, while achieving accuracy that is competitive with state-of-the-art classical methods without burdensome error mitigation. Compared with the popular variational quantum eigensolver, our hybrid quantum-classical computational model offers an alternative path towards achieving a practical quantum advantage for the electronic structure problem without demanding exceedingly accurate preparation and measurement of the ground-state wavefunction.

HighlWind dispersal of battery-free wireless devices

风扩散的无电池无线设备

作者：Vikram Iyer, Hans Gaensbauer, Thomas L. Daniel & Shyamnath Gollakota

链接：

摘要

植物覆盖了地球陆地的很大一部分，尽管大多数物种都不能运动。为了运输繁殖后代，许多植物进化出了利用风传播种子的机制。

例如，蒲公英的种子有一种刚毛状的丝状结构，可以降低其末端速度，并在种子飘向地面时帮助其定位。受此启发，我们在此展示无电池无线的风扩散传感设备。我们的毫米级设备重量为30毫克，基于一个灵活的基板上，使用可编程的、现成的部件，为各种传感和计算应用提供可扩展性和灵活性。

该系统使用轻型太阳能电池和能量收集电路供电，电路对低光照和可变光照条件非常稳定，并有一个反向散射通信链路，可以实现数据传输。

为了实现太阳能收集所必需的大面积分散和垂直降落，我们开发了蒲公英启发的薄膜多孔结构，其终端速度为 米/秒，空气动力学稳定性，垂直降落的概率超过95%。户外环境实验的结果表明，这些设备可以在轻柔到正常的微风中移动50-100米。

最后，在自然系统中，个别种子形态的差异导致一些种子落得更近，而另一些则传播得更远。我们采用了类似的方法，并展示了我们如何调节结构的孔隙度和直径，以实现设备间的分散变化。

Abstract

Plants cover a large fraction of the Earth’s land mass despite most species having limited to no mobility. To transport their propagules, many plants have evolved mechanisms to disperse their seeds using the wind. A dandelion seed, for example, has a bristly filament structure that decreases its terminal velocity and helps orient the seed as it wafts to the ground. Inspired by this, we demonstrate wind dispersal of battery-free wireless sensing devices. Our millimetre-scale devices weigh 30 milligrams and are designed on a flexible substrate using programmable, off-the-shelf parts to enable scalability and flexibility for various sensing and computing applications. The system is powered using lightweight solar cells and an energy harvesting circuit that is robust to low and variable light conditions, and has a backscatter communication link that enables data transmission. To achieve the wide-area dispersal and upright landing that is necessary for solar power harvesting, we developed dandelion-inspired, thin-film porous structures that achieve a terminal velocity of    metres per second and aerodynamic stability with a probability of upright landing of over 95%. Our results in outdoor environments demonstrate that these devices can travel 50–100 metres in gentle to moderate breeze. Finally, in natural systems, variance in inpidual seed morphology causes some seeds to fall closer and others to travel farther. We adopt a similar approach and show how we can modulate the porosity and diameter of the structures to achieve dispersal variation across devices.

地球科学 Geoscience

Limited increases in savanna carbon stocks over decades of fire suppression

几十年没有火灾的稀树草原碳储量的增长有限

作者：Yong Zhou, Jenia Singh, John R. Butnor, Corli Coetsee, Peter B. Boucher, Madelon F. Case, Evan G. Hockridge, Andrew B. Davies & A. Carla Staver

链接：

摘要

在此，我们提供了一个首次直接评估一个60年没有火灾的非洲湿地大草原整个生态系统碳响应

我们发现灭火增加整个生态系统碳储存只有 12%（平均值 标准错误），即使树木覆盖增加了 ，相应的总收益为 Mg C ha 1 平均约为 Mg C ha 1 year 1 ，低于之前的设想。

经常被烧毁的稀树草原地下有大量的碳，特别是在生物量和深层土壤中。这些地下水库在造林或灭火计划中没有得到充分考虑，但这可能意味着热带稀树草原的十年封存潜力是微不足道的，特别是与随之而来的生物多样性和功能损失相比。

Abstract

Here we provide one of the first direct estimates of whole-ecosystem carbon response to more than 60 years of fire exclusion in a mesic African savanna. We found that fire suppression increased whole-ecosystem carbon storage by only    12% (mean   standard error), even though tree cover increased by    , corresponding to total gains of     Mg C ha 1 at an average of about     Mg C ha 1  year 1 , more than an order of magnitude lower than previously assumed. Frequently burned savannas had substantial belowground carbon, especially in biomass and deep soils. These belowground reservoirs are not fully considered in afforestation or fire-suppression schemes but may mean that the decadal sequestration potential of savannas is negligible, especially weighed against concomitant losses of biopersity and function.

化学 Chemistry

New land-use-change emissions indicate a declining CO2 airborne fraction

新的土地利用变化排放表明空气中二氧化碳的比例在下降

作者：Margreet J. E. van Marle, Dave van Wees, Richard A. Houghton, Robert D. Field, Jan Verbesselt & Guido. R. van der Werf

链接：

摘要

在此，我们使用可见性数据在关键的森林砍伐区构建了一个土地利用与土地覆盖变化（LULCC）排放数据集。这些可见性观测与火灾排放相关，而火灾排放又与LULCC相关。虽然这是间接的，但它提供了一个长期一致的LULCC排放数据集，表明自1958年开始CO2浓度测量以来，热带森林砍伐排放大幅增加。

到目前为止，这些排放被认为是相对稳定的，导致空气中的比例不断增加。然而，我们的结果表明，自1959年以来，大气中CO2含量下降了 decade 1。这表明，陆地-海洋联合汇的增长速度至少与人为排放的增长速度一样快。

Abstract

Here we construct a LULCC emissions dataset using visibility data in key deforestation zones. These visibility observations are a proxy for fire emissions, which are — in turn — related to LULCC. Although indirect, this provides a long-term consistent dataset of LULCC emissions, showing that tropical deforestation emissions increased substantially ( Pg C decade 1) since the start of CO2 concentration measurements in 1958. So far, these emissions were thought to be relatively stable, leading to an increasing airborne fraction. Our results, however, indicate that the CO2 airborne fraction has decreased by     decade 1 since 1959. This suggests that the combined land–ocean sink has been able to grow at least as fast as anthropogenic emissions.