神农架石笋氧同位素的海拔效应

作为古气候代用指标,石笋氧同位素为亚洲季风演化研究提供了一系列可靠的证据。然而,关于石笋氧同位素指示的气候意义一直存在争论。本文选取了位于神农架地区海拔1250～2250m的黑龙洞、青天洞和三宝洞3个洞穴进行对比分析,发现不同海拔洞穴石笋δ18O在波动形式上相同,但绝对值存在约-0.1‰/100m的系统差,而大气降水的在该地的海拔效应约为-0.2‰/100m。为此,我们认为,石笋δ18O除了受季风降雨的影响外,不同海拔的温度梯度也对石笋δ18O具有较大的贡献。结合洞穴年均温度,初步估算石笋δ18O的温度效应约为-0.25‰/℃,与O’Neil的同位素平衡分馏计算结果相同。      

川东北石笋120~103 ka BP稳定碳同位素记录与控制机制

利用川东北梭子洞石笋SZ2的稳定碳同位素组成(δ~(13)C)高分辨率重建了120~103ka时段的石笋碳同位素序列。SZ2的δ~(13)C变化与该石笋稳定氧同位素组成(δ~(18)O)的长期变化趋势明显不同。在整体变化趋势上δ~(13)C变化与生长速率相似,反映石笋表面滴水时间间隔影响的CO_2脱气作用和CaCO_3沉积可能是影响SZ2的δ~(13)C长时间尺度上变化的主要因素。但在较短时间尺度上,SZ2的δ~(13)C与δ~(18)O变化基本趋势一致,反映了地表植被类型(如C3/C4植被比例)、植被密度、土壤微生物活动以及洞穴通风效应的变化可能是引起SZ2的δ~(13)C短时间尺度上变化的主要因素。     

晚更新世东亚季风气候不稳定性的洞穴石笋同位素证据

据南京汤山葫芦洞石笋的23个热电离质谱测年结果和分辨率达100-200a的氧、碳稳定同位素测试数据，讨论了75-35kaBP期间东亚季风气候的高频振荡特征。石笋氧同位素值的波动范围介于-9.165‰～5.456‰之间，相邻峰谷的变幅可达2‰～3‰，由其构成的16个气候不稳定性事件与格陵兰冰心δ^18o记录中IS8-IS20和北大西洋冰漂碎屑事件H4-H6有良好的对比关系，揭示了东亚季风气候变化与高纬极地大气温度变化存在着动力机制上的联系。石笋碳同位素记录呈现类似于δ^18O记录的高频振荡形式，反映了洞穴了覆植被类型对存在着动力机制上的联系。石笋碳同位素记录呈现类似于δ^18O记录的高频振荡形式，反映了洞穴上覆植被类型对气候变化的快速响应。石笋稳定同位素曲线上72ka BP左右的快速降温事件与印度尼西亚Toba火山喷发事件基本一致。有可能说明是更新世全球气候事件的发生并非单一源于北大西洋深层水体的变化。     

MIS3阶段千年尺度突变事件在中国石笋δ13C记录中的印迹

基于山西阳泉市莲花洞石笋8个230Th年代和109个δ13C数据,获取了末次冰期54.5~41.1 ka BP期间平均分辨率为120年的δ13C记录。综合对比亚洲季风区29°~41°N之间5条独立定年的、高分辨率石笋δ13C记录表明:不同洞穴石笋δ13C记录在相同生长时段具有较好的重现性,δ13C指标能够有效指示洞穴上覆地区土壤CO₂产率,从而反映洞穴外部环境与季风气候的变化。δ13C记录的5个千年尺度亚洲夏季风增强事件在定年误差范围内响应于格陵兰冰芯记录的Dansgaard-Oeschger（DO）10~14事件,而2个弱季风过程与北大西洋钻孔记录Heinrich 5和Heinrich 5a事件密切联系。这种石笋δ13C记录的空间一致性表明亚洲夏季风及其控制下的区域生态环境波动在千年尺度上通过海－气耦合响应于北高纬气候变化。      

川东北宋家洞高分辨率石笋δ~(13)C记录与D/O事件5-1

基于川东北宋家洞石笋SJ1的399个稳定碳同位素组成(δ13C)数据建立了末次冰期中晚期(14~43 ka)高分辨率δ13C时间序列。SJ1的δ13C变化与已发表的该石笋稳定氧同位素组成(δ18O)变化趋势非常一致,清晰地记录了该地区植被对D/O事件5-10的敏感响应。东亚夏季风气候控制的地表植被(包括C3和C4植被比例C3/C4变化和植被密度变化)和土壤微生物活动变化可能是影响SJ1的δ13C变化的主要因素。在这些D/O事件发生时δ13C变轻,指示了C3/C4植被比例上升和植被密度增加。此外,受降水控制的岩溶地下水流速影响的水-岩相互作用,石笋表面滴水时间间隔、洞穴空气的CO2分压和洞穴通风效应等因素影响的CO2脱气作用和先期碳酸盐沉积也可能对SJ1的δ13C变化产生了影响。     

桂林地区44 ka洞穴石笋碳酸钙(盐)δ13C的同位素组成与大气CO2浓度估算

洞穴石笋碳酸钙(盐)δ13C的同位素记录表明,其与δ18O同位素记录一样,均能反映气候环境的冷暖旋回变化,也具有急速的突变事件记录.本文利用近期或古老的洞穴石笋碳酸钙(盐)δ13C的同位素组成,对桂林地区44 ka以来的大气CO2浓度进行了尝试性的估算,估算结果表明,它可与近期所测量的以及冰岩芯气泡组分分析和北方黄土碳酸盐δ13C估算的大气CO2浓度值基本接近,可以进行相互对比,说明利用洞穴石笋碳酸盐δ¨C同位素组成对大气CO2浓度进行估算的方法是可行的.研究表明,洞穴石笋碳酸盐δ13C同位素的记录,对地质时期的冷事件具有独特的敏感性,特别是对新仙女木冷事件和北大西洋Heinrich的H1至H5冷事件反映较为明显,在干冷期δ13C同位素快速升高,总体上与大气CO2浓度的变化呈反比,大气CO2浓度的变化与全球性的气候波动大体一致,但存在明显的区域性变化特征.     

桂林地区44ka洞穴石笋碳酸钙（盐）δ^13C的同位素组成与大气CO2浓度估算

洞穴石笋碳酸钙（盐）δ^13C的同位素记录表明，其与δ^18O同位素记录一样，均能反映气候环境的冷暖旋回变化，也具有急速的突变事件记录。本文利用近期或古老的洞穴石笋碳酸钙（盐）δ^13C的同位素组成，对桂林地区44ka以来的大气CO2浓度进行了尝试性的估算，估算结果表明，它可与近期所测量的以及冰岩芯气泡组分分析和北方黄土碳酸盐δ^13C估算的大气CO2浓度值基本接近，可以进行相互对比，说明利用洞穴石笋碳酸盐δ^13C同位素组成对大气CO2浓度进行估算的方法是可行的。研究表明，洞穴石笋碳酸盐δ^13C同位素的记录，对地质时期的冷事件具有独特的敏感性，特别是对新仙女木冷事件和北大西洋Heinrich的H1至H5冷事件反映较为明显，在干冷期δ^13C同位素快速升高，总体上与大气CO2浓度的变化呈反比，大气CO2浓度的变化与全球性的气候波动大体一致，但存在明显的区域性变化特征。     

山东半岛石笋记录的倒数第二次冰消期δ18O变化特征及其气候环境意义

文章基于山东半岛岩溶洞穴(上小峰洞)一根长约41 cm的石笋SD1的铀系测年和稳定同位素组成分析,获得138. 0~125. 8 ka B. P.平均分辨率为30年的石笋δ18O 和δ13C时间序列,并据此讨论了倒数第二次冰消期区域气候和环境变化的特征及与全球变化的联系.在倒数第二次冰消期,上小峰洞石笋( SD1)δ18O的变化与中国南方石笋δ18O的变化具有类似的阶段变化特征,进一步确认了冰消期北大西洋气候对亚洲季风的重要影响.通过对山东石笋高分辨δ18O记录进行时间序列分析,发现该记录存在显著的约60年、 75年和1620年周期,表明太阳活动和北大西洋涛动与该地区气候变化有紧密的联系.同时,通过对比东亚季风区高分辨率石笋记录,认为在倒数第二次冰消期为"两步冰消"的变化特征.除此之外,上小峰洞石笋碳酸盐δ18O冰期和间冰期平均值的差异仅为0. 7‰,远小于内陆洞穴石笋碳酸盐δ18O冰期和间冰期平均值的差异(羊口洞约为1. 4‰,董哥洞约为2. 2‰,三宝洞约为2. 4‰).这一显著差异可能主要源于海岸线迁移造成的海陆格局的变化对区域季风降水及降水氧同位素组成的重要影响;并且冰期-间冰期海平面变化对近海环境记录、大陆架下垫面、海洋沉积物气候指标等都可能产生影响.     

东亚季风MIS 3早期DO事件的亚旋回及全球意义

根据湖北永兴洞石笋(YX51)10个U/Th年龄,470组氧、碳同位素数据建立了深海氧同位素3阶段(MIS3)早期57.7~35.6kaB.P.期间东亚夏季风演化时间序列。在发育时段,千年尺度δ18O峰谷变化与高纬冰芯记录的Dansgaard-Oeschger(DO)事件一致;δ13C呈现出与δ18O正相关同步演化特征,但受区域环境影响,在事件内部细节上存在差异。区域对比表明,同一季风区的永兴洞和葫芦洞石笋δ18O指示的季风降水同位素组成具有本质上一致性;高低纬记录对比显示,千年尺度的峰谷变化一一对应,反映热带辐合带(ITCZ)水汽传输能力、平均位置变化对东亚季风和高北纬气候具有重要影响。在DO13至DO15事件内部,永兴洞石笋δ18O记录了显著的双峰特征,说明低纬季风强度变化和格陵兰冰芯δ18O揭示的次级暖峰具有一致对应关系,指示大气快速传输机制在高低纬环境突变中起着重要作用。     

文石石笋发生矿物重结晶的影响因素及其古气候意义

洞穴沉积物—石笋已成为研究岩溶区环境气候变化历史的重要载体。在我国湘西地区,某些洞穴石笋原始沉积多为不稳定的文石矿物,极易发生重结晶,可能使石笋中相关化学元素含量最终偏离原生矿物的特征,限制了文石石笋某些代用指标在古气候研究中的应用。文章以前人研究成果为基础,总结梳理了文石石笋发生重结晶的影响因素及其对石笋记录古气候的影响:（1）石笋剖面特征、XRD结果、显微镜观察和地球化学元素特征等可作为石笋发生重结晶的判别依据;（2）洞穴滴水和石笋孔隙水饱和度、文石晶体缺陷和晶体之间的方解石胶结物以及岩溶水体中Mg2+浓度等均会影响文石石笋的矿物转变;（3）在文石向方解石转变过程中,石笋铀含量会有一定程度的流失,可导致放射性铀系定年的异常或年代倒序;（4）矿物重结晶可导致δ18O、δ13C及石笋微量元素浓度（或比值）等指标发生改变,其变化特征因洞穴而异,从而影响其作为环境指示器的可靠性;（5）湖南龙山惹迷洞石笋（RM2）发生了不均一的矿物重结晶,自顶部至20.3 cm以放射状为主,20.3 cm至底部主要为糖粒状,并结合年代结果发现文石重结晶对石笋铀系定年产生了影响,而重结晶作用对该石笋其他指标的影响还有待进一步研究。      

激光剥蚀电感耦合等离子体质谱副矿物U-Th-Pb定年新进展

激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）副矿物U-Th-Pb定年技术为精确厘定地质演化历史、探讨成岩成矿等重要地质作用过程提供重要的时间参数,是地质年代学快速发展的重要技术支撑.总结了LA-ICP-MS副矿物U-Th-Pb定年技术在元素分馏校正、非基体匹配分析、标准样品研发、普通铅校正、高空间分辨率及高效率分析等方面取得的重要进展.展望未来,需更进一步深入探讨和研究元素分馏及基体效应机理,研发更多种类的高质量副矿物标样,建立更多更准确、更精密、更高空间分辨率及更高效的LA-ICP-MS副矿物U-Th-Pb定年新方法和新技术,以实现从更微观和更精细的角度探讨地质问题,并持续为高效解决地球与行星科学研究领域重大科学问题提供关键支撑.      

青藏高原冰芯定年方法回顾及新技术展望北大核心CSCD

冰芯高分辨率高保真地记录了过去不同时间尺度气候环境变化历史,而冰芯精确定年是重建过去气候环境演化的先决条件。通过回顾青藏高原冰芯定年的常用方法,提出了目前冰芯定年仍存在的挑战和机遇。通常的冰芯定年方法包括基于冰芯季节变化信号的数年层方法、放射性标志层定年、冰川流动模型、基于其他已知时间序列的对比定年,以及放射性同位素定年。最可靠的方法是数年层的方法,但受到冰川中下部年层逐渐减薄的制约,冰川流动模型主要应用于冰芯中下部定年,但存在不确定性较大而且难以验证的难题。未来冰芯学科发展对冰芯定年提出了更高要求,随着测量技术与手段的突破,新的方法与技术开始在极地冰芯与高山冰芯定年研究中展示了广泛的应用前景。冰芯连续测量技术(如冰芯同位素连续测量技术、激光剥蚀等离子体质谱技术)大幅度提高了冰芯测量结果的时间精度,有可能把数年层的定年方法延推到冰芯底部;基于“原子阱痕量分析”(Atom Trap Trace Analysis,ATTA)的惰性气体(Kr、Kr、Ar)放射性测年技术是一项革命性的技术,由于惰性气体在大气中的稳定性与均匀性使其在不同时间尺度冰川冰的绝对定年中发挥出优势。低浓度的可溶性有机碳的14C定年也从实验室探索阶段开始转入试用阶段,而且用冰量低,有望解决冰芯中碳含量低,定年困难的窘迫状况。此外,人类活动影响之前处于自然背景下的冰芯3H低本底测量技术结合数据处理方法,有望恢复过去100~200年与太阳活动周期相关的信号,将补充放射性标志层只有近代结果的不足。这些新的技术与方法在冰芯定年中的应用有望进一步推动中低纬度高山冰芯研究。     

青藏高原冰芯定年方法回顾及新技术展望

冰芯高分辨率高保真地记录了过去不同时间尺度气候环境变化历史,而冰芯精确定年是重建过去气候环境演化的先决条件。通过回顾青藏高原冰芯定年的常用方法,提出了目前冰芯定年仍存在的挑战和机遇。通常的冰芯定年方法包括基于冰芯季节变化信号的数年层方法、放射性标志层定年、冰川流动模型、基于其他已知时间序列的对比定年,以及放射性同位素定年。最可靠的方法是数年层的方法,但受到冰川中下部年层逐渐减薄的制约,冰川流动模型主要应用于冰芯中下部定年,但存在不确定性较大而且难以验证的难题。未来冰芯学科发展对冰芯定年提出了更高要求,随着测量技术与手段的突破,新的方法与技术开始在极地冰芯与高山冰芯定年研究中展示了广泛的应用前景。冰芯连续测量技术（如冰芯同位素连续测量技术、激光剥蚀等离子体质谱技术）大幅度提高了冰芯测量结果的时间精度,有可能把数年层的定年方法延推到冰芯底部;基于“原子阱痕量分析”（Atom Trap Trace Analysis,ATTA）的惰性气体（⁸⁵Kr、⁸¹Kr、³⁹Ar）放射性测年技术是一项革命性的技术,由于惰性气体在大气中的稳定性与均匀性使其在不同时间尺度冰川冰的绝对定年中发挥出优势。低浓度的可溶性有机碳的¹⁴C定年也从实验室探索阶段开始转入试用阶段,而且用冰量低,有望解决冰芯中碳含量低,定年困难的窘迫状况。此外,人类活动影响之前处于自然背景下的冰芯³H低本底测量技术结合数据处理方法,有望恢复过去100~200年与太阳活动周期相关的信号,将补充放射性标志层只有近代结果的不足。这些新的技术与方法在冰芯定年中的应用有望进一步推动中低纬度高山冰芯研究。     

贵州荔波董歌洞较老石笋ICP-MS~(230)Th测年研究及古气候应用

石笋记录研究的进展与测年技术的发展密不可分,测年新技术的突破不断推动利用石笋重建古气候研究的飞速前进。在利用石笋进行古气候重建过程中,建立精确的时标是首要条件。通过对较老(>250ka)石笋的ICP-MS230Th测年研究,发现贵州荔波董歌洞D6、D7、D9石笋具有比较连续的高分辨记录,最老年龄超过400ka,通过230Th测年数据的分析为建立我国西南地区500ka以来标准剖面打下基础;对董歌洞3根大型石笋135个230Th年龄数据及生长速率的分析研究,发现石笋生长速率在大尺度的变化上与海洋沉积SPECMAP曲线δ18O记录有很好的负相关关系,并与北纬25°夏季太阳辐射能量变化曲线呈一定的正相关关系,石笋生长速率的变化在间冰期处于高值,而在冰期时为低值,在间冰期和冰期转化阶段生长速率呈跳跃式变化。通过生长速率变化分析表明,石笋生长速率记录了过去突变冷暖事件的变化,因此可以作为一个有意义的环境记录替代指标来研究古降水及古气候变化。     

High resolution (5 μm) U–Th–Pb isotope dating of monazite with excimer laser ablation (ELA)-ICPMS

Monazite [(LREE)PO₄], a common accessory mineral in magmatic and metamorphic rocks, is complementary to zircon in U–Th–Pb geochronology. Because the mineral can record successive growth phases it is useful for unravelling complex geological histories. A high spatial resolution is required to identify contrasted age domains that may occur at the crystal-scale. Bulk mineral techniques such as ID-TIMS, applied to single monazite grains recording multiple overgrowths or isotope resetting can result in partly scattered discordant analytical points that produce inaccurate intercept ages. Laser ablation (LA)-ICPMS has been demonstrated to be a useful technique for U–Th–Pb dating of zircons, and this study tests its analytical capabilities for dating monazite. A sector field high resolution ICPMS coupled with a 193 nm ArF excimer laser ablation microprobe is capable of achieving a high spatial resolution and producing stable and reliable isotope measurements.

The U–Th–Pb systematic was applied to monazite grains from several samples: a lower Palaeozoic lens from high-grade terrains in Southern Madagascar, Neogene hydrothermal crystals from the Western Alps, a Palaeoproterozoic very high temperature granulite from central Madagascar and a Variscan leucogranite from Spain, directly on a polished thin section. The major aim was to compare and/or reproduce TIMS and EMP ages of monazite from a variety of settings and ages. The three independent ²⁰⁶Pb/²³⁸U, ²⁰⁷Pb/²³⁵U and ²⁰⁸Pb/²³²Th ratios and ages were calculated. Isotope fractionation effects (mass bias, laser induced fractionation) were corrected using a chemically homogeneous and U–Pb concordant monazite as external standard.

This study demonstrates that excimer laser ablation (ELA)-ICPMS allows U–Th–Pb dating of monazite with a high level of repeatability, accuracy and precision as well as rapidity of analysis. A spatial resolution almost comparable to that of EMP in terms of crater width (5 μm) produced precise ²⁰⁸Pb/²³²Th, ²⁰⁶Pb/²³⁸U and ²⁰⁷Pb/²³⁵U ratios for dating Palaeozoic to Precambrian monazites. The advantages of (ELA)-ICPMS isotope dating are precision, accuracy and the ability to detect discordance. In the case of late Miocene hydrothermal monazites from the Alps, a larger spot size of 25 μm diameter is required, and precise and accurate ages were obtained only for ²⁰⁸Pb/²³²Th systematics. Results from the Variscan granite show that in situ U–Th–Pb dating of monazites with (ELA)-ICPMS is possible using a 5 μm spot directly on thin sections, so that age data can be placed in a textural context.     

第四纪沉积物测年新进展

由于沉积环境和沉积物类型与成因的差异,第四纪沉积物岩性、组成会随时间变化,并且结构和厚度在空间上也可能发生明显变化,使得长期以来难以测得其准确年代。论文对K/Ar法和⁴⁰Ar/³⁹Ar法、玻璃陨石法、铀系定年、氨基酸外消旋法、宇宙成因核素法、电子自旋共振定年等各种方法的定年范围和测定对象进行了介绍,分析了第四纪测年方法新进展存在的主要问题和改进途径。要提高所测年代结果的可靠性和准确度,不仅需要丰富的地质工作经验,还需要选择最恰当的定年方法,并且尽可能用多种定年方法进行交叉对比。随着第四纪环境演变及全球气候变化等方面的研究日益受到地质学者的关注,相信第四纪沉积物定年方法在全球气候变化、环境演化等研究领域具有更加广阔的发展前景。     

南祁连东段化隆岩群形成时代的进一步限定

作为南祁连造山带基底残块的化隆岩群,由于产出有与Cu-Ni(-PGE)矿紧密相关的基性-超基性岩而倍受关注。随着一些新元古代精细锆石同位素年代学数据的获得,化隆岩群形成于太古-古元古代的传统认识发生了动摇。通过高精度的LA-ICP-MS(激光剥蚀等离子体质谱)锆石微区原位U-Pb同位素测年,获得青海省湟源县南日月乡一带化隆岩群条带状二云斜长片麻岩(副变质岩)最新的蚀源区年龄为891±7Ma,代表化隆岩群形成时代的下限;条带状黑云斜长角闪岩(原岩为中性火山岩)的形成年龄为884±9Ma,将化隆岩群的形成时代进一步限定为新元古代。认为化隆岩群火山-沉积作用应为Rodinia超大陆裂解的地质记录,Rodinia超大陆裂解事件及其相关的成矿作用在祁连造山带及其邻区前寒武纪占据不可低估的重要地位。     

In situ U-series dating by laser-ablation multi-collector ICPMS: new prospects for Quaternary geochronology

The capabilities and potential applications of in situ dating of Quaternary materials using laser ablation-MC-ICPMS are explored. ²³⁴U/²³⁸U and ²³⁰Th/²³⁴U can be measured with precision sufficient for dating at a spatial resolution of 100 μm or better in samples that contain as a little as 1 ppm uranium. Moreover, U and Th concentrations and U-series isotope ratios can be continuously profiled to determine changes in age that occur with sample growth (e.g. in speleothems). These capabilities additionally permit the dating of bones, teeth and possibly molluscs, which are subject to post-mortem open-system behaviour of U-series isotopes, and can be employed to elucidate processes of U-series migration during weathering and diagenesis. A drawback of laser ablation-MC-ICPMS is that it cannot in general provide U-series age estimates with the high precision and accuracy of conventional TIMS or solution MC-ICPMS methods. However, sample preparation is straightforward, the amount of sample consumed negligible, and it can be used to rapidly characterise or screen and select samples from which more precise and accurate dates can be obtained using conventional methods. Given further instrumental developments and the establishment of suitable matrix-matched standards for carbonates and other materials, we foresee that laser ablation-MC-ICPMS will play an increasingly important role in Quaternary dating research.     

8.2ka BP冷气候事件确实在中国发生过吗？

综合迄今中国境内湖泊沉积、冰心、泥炭、石笋、古土壤和洪积物获得的全新世数据及序列表明,早全新世气候变化是不稳定的,至少存在一次明显的降温事件,且表现为区域差异,其根本原因是受不同气候系统、复杂地形（特别是高原）的制约。但是,将不同地区、存在于9.0～7.6ka BP期间、500a至200a不等的气候突变或波动和记录与环北大西洋的8.2ka BP气候突变事件相对应,并归因于Laurentide冰盖的崩塌冰融水注入北大西洋造成的降温显然是草率的。中国主要地处季风气候区,加上目前我们所得序列的不同年代、样品精度、不同材料以及缺乏对气候事件前后精确的年代数据的控制,对于中国是否存在相同的或相似的气候降温事件是值得商榷的。如果真的存在,其时间跨度、降温幅度以及诱发机制又是什么,均需进一步认真研究。     

New tree-ring dates for recent eruptions of Mount St. Helens

Distinctive patterns of growth rings in increment cores from old-growth Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii) stands identify A.D. 1800 as a more precise date for the eruption of tephra layer T by Mount St. Helens, Washington. Layer T was previously inferred to date to about A.D. 1802. Growth patterns also establish A.D. 1480 as the date of eruption of the earlier layer Wn, previously estimated as dating to about A.D. 1500. The timing of radial tree growth places a small limitation on the seasonal resolution of these new tree-ring dates.