湖光岩玛珥湖沉积物硅藻硅同位素环境示踪

硅是硅藻生长所必需的养分,硅藻在生长过程中从水体吸收主要以硅酸(H_4SiO_4)形式存在的溶解硅.硅藻δ~(30)Si_(distom)可反映硅藻吸收硅酸比例的变化,进一步可以反映湖区气候与环境变化.为探索湖泊沉积物硅藻δ~(30)Si_(distom)在指示湖泊古环境方面的潜力,我们测定了湖光岩玛珥湖沉积物硅藻硅同位素变化.研究结果表明,沉积物δ~(30)Si_(distom)变化与生物硅和有机碳含量变化呈显著相似性,可作为一种有效的古环境代用指标.同时,与已有温度记录的对比分析表明,两者具有很好一致性.较高的如δ~(30)Si_(distom)指示了温度较高的气候条件下硅藻对硅酸的利用率较高;当δ~(30)Si_(distom)较低时,对应着在温度较低的气候条件下硅藻对硅酸的利用率较低.目前,热带陆地区域古气候重建的方法中可用的温度代用指标很少,此项研究证明了δ~(30)Si_(distom)是一种很有潜力的古环境代用指标,有望在低纬度地区古温度重建中发挥重要作用,值得进一步深入研究.     

中国西部、东北地区湖泊沉积物中碳酸盐碳、氧和有机碳同位素组成及与环境的响应

湖泊沉积物中碳酸盐碳、氧和有机质碳同位素组成受湖泊环境介质的控制,可以有效地指示环境演化过程。通过对中国东北和西部青藏高原、新疆现代湖泊表层沉积物的碳酸盐的碳、氧同位素组成(δ13C、δ18O)、有机碳同位素组成(δ13Corg),以及有机质含量(TOC)、C/N分析研究,发现当湖泊中以浮游植物来源有机母质为主时,其δ13Corg为-30‰~-23‰;以硅藻为主的藻类来源时,δ13Corg为-30‰~-16‰;以挺水植物来源,δ13Corg为-30‰~-24‰;沉水植物来源,δ13Corg为-24‰~-16‰;以水生植物和陆生植物来源为主时,δ13Corg为-30‰~-20‰;当以陆生植物来源为主时,其δ13Corg为-26‰~-24‰。当西北地区半封闭湖泊表层沉积物中碳酸盐含量大于30%时,湖泊表现出δ13C、δ18O之间较好的正相关性,TOC主要以内源有机质来源为主。     

湖泊沉积物有机质碳同位素研究

自从Stuiver~([1])首次使用湖泊沉积物有机质碳同位素(δ~(13)Corg)恢复湖泊生产力变化以来,湖泊沉积物有机质碳同位素被广泛应用于古气候和古环境重建.     

达里诺尔湖水体稳定氢、氧同位素组成变化对结冰过程的响应

利用自然界中广泛分布的环境同位素进行湖泊水体演化过程分析已经成为现代湖泊科学的重要研究方向.通过采集内蒙古达里诺尔湖(简称"达里湖") 2013年1月份的湖冰、湖水, 2012年夏季湖水与湖区大气降水等, 共分析了77个样品中稳定氢(H)、氧(O)同位素值的变化情况, 在此基础上对达里湖水体稳定H、O同位素组成变化及其对结冰过程的响应进行了详细分析, 结果显示: (1)伴随结冰过程的完成, 各站点深层冰体(厚度~65 cm)中δD、δ18O值比表层冰体(厚度~15 cm)中的值出现不同幅度的偏重.而冰下水体中δD、δ18O平均值则比冰体中的平均值分别偏轻约13.85‰、2.23‰.在冰层形成的快速与稳定阶段, δD、δ18O值的变化幅度也存在差异.同时, 冬季外源水体的输入对各站点间同位素值差异的影响比夏季更明显; (2)夏季湖水、冬季湖水与湖冰的同位素值均落在全球大气降水线与湖区大气降水线之外, 显示湖泊冰封之前, 蒸发对湖泊水体同位素偏移存在一定程度的影响; 而冬季湖水与湖冰的同位素值基本位于同一斜率区间, 且全部落在夏季湖水同位素值的右侧, 显示两者之间并不存在明显的蒸发分馏作用, 造成上述现象的因素只能归结于结冰过程.      

湖泊沉积物中保存的过去200年间中欧地区的气温记录:δ18Op-气温相关关系向过去的外推

通过以3～5年的分辨率分析沉积岩心中的介形类甲壳动物的氧同位素值,建立了过去200年间德国南部阿默湖(Lake Ammersee)湖水氧同位素值的详细历史.经验分析及该湖的同位素水文学模拟显示出湖水的氧同位素组成主要由当地沉积物的同位素组成所控制.在过去200年间,该湖的同位素记录与位于湖泊汇水区内的HohenpeiBenberg的气温记录密切相关.这样,已有过去20年资料记录的欧洲中部的沉积物18O与气温之间的关系就可扩展到更长的时间以及更大的温度范围.该结果为将阿默湖沉积物中介形类甲壳动物的δ18O作为年均气温的定量替代值的有效性提供了进一步支持,它大约可延伸到末次冰期.     

程海沉积物无机碳、氧同位素相关性及其环境意义

程海是位于云南省西北部的一个较为特殊的湖泊，其矿化度已接近盐湖下限。湖泊沉积物无机碳、氧同位素组成敏感地记录了流域内环境变化的信息，其相关性有效地揭示了湖泊的封闭条件。组成的变化受到温度高低、降水大小、光合作用强弱、碳酸盐体系溶解平衡及水文条件等因素的控制。通过对该湖沉积物无机碳酸盐碳、氧同位素组成的研究，追溯了该流域内自采样深度以来的数十年内的环境变化情况，研究表明：程海流域气候变化有呈现出11-12a的小周期变化的趋势，但是在孔柱底部的信号噪声较大；沉积物碳酸盐δ^13Cδ^18O的良好相关性指示了程海近几十年内的水文封闭条件；并将碳、氧同位素这一环境敏感指标推广到了高矿化度的“准”咸湖的环境中。     

喀斯特高原湖泊生物地球化学过程中的锌同位素特征

采用多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)对喀斯特高原湖泊红枫湖、阿哈湖水体及其主要支流水体悬浮物和一些生物样品中的锌同位素进行了测定,测试精度小于0.11‰(2SD).结果显示,红枫湖水体与其主要支流水体悬浮物中的δ66Zn变化范围分别为-0.29‰～0.26‰和-0.04‰～0.48‰,阿哈湖水体与其主要支流水体悬浮物中的δ66Zn变化范围分别为-0.18‰～0.27‰和-0.179‰～0.46‰,均表现出支流中的锌同位素组成较重的特点.两湖生物样品中的δ66Zn变化范围较大,为-0.35‰～0.57‰,说明湖泊生态系统中各端员的锌同位素组成存在一定差异.根据同位素组成分析,湖泊主要入湖河流及所携带的陆源物质是阿哈湖泊水体中锌的主要来源,锌同位素是一种较好的物源示踪工具.红枫湖夏季δ66zn与Chla(叶绿素)呈显著的正相关(R=0.97),主要是藻类对锌的有机吸附和吸收过程导致锌同位素组成发生变化.此外,湖泊水体悬浮物中的锌同位素组成均在夏季较轻,表明大气的干湿沉降可能是一个较负的锌同位素源.水体悬浮物中的δ66Zn变化范围小于生物样品中的δ66Zn变化范围,说明由于生物作用过程导致的锌同位素分馏大于非生物过程.     

新疆阿勒泰地区地表水体氢氧同位素组成及空间分布特征

氢氧同位素可以识别水体来源,示踪水循环,自20世纪50年代以来已被广泛应用于水文地球化学领域。已有学者开展了新疆大气降水及部分河流湖泊的稳定同位素研究,而关于阿勒泰地区大气降水之外的地表水体稳定同位素研究尚需加强。本文采用液体水激光同位素分析法开展了新疆阿勒泰地区地表河水、湖泊、山泉水、雪水、锂矿坑裂隙水五类水体的氢氧同位素组成研究。结果表明:阿勒泰地区各种类型水体氢氧同位素组成差异明显,地表河流的δ~(18)O及δD值变化范围分别为-15.4‰～-11.5‰及-114‰～-100‰,氘过量参数(d值)变化范围为-12.4‰～12.4‰;乌伦古湖湖水的δ~(18)O及δD值均远高于地表河流,平均值分别为-5.95‰及-78.5‰,氘过量参数远低于地表河流,均值为-30.9‰。地表河流与全球及乌鲁木齐大气降水线相比差异很大,河水除了大气降水外还受到冰川融水的补给,且在水循环过程中经历了蒸发分馏作用,地表河流之间的氢氧同位素组成差异主要受水体补给来源及蒸发程度强弱的控制。由于氢氧同位素温度效应、纬度效应等的存在,阿勒泰地区水体δD及δ~(18)O与水温(T)、总溶解性固体(TDS)及主要离子Na~+、K~+、Ca~(2+)、Cl~-、SO■摩尔浓度呈显著正相关关系,而与采样点纬度及溶解氧含量(DO)呈显著负相关关系(P0.05,n=32)。本研究获得的氢氧同位素组成特征为阿勒泰地区各类型水体稳定同位素研究提供了基础数据。     

层状钙华及其地球化学指标的古气候/环境意义

层状钙华作为高分辨率古气候环境重建记录已被国内外许多学者所关注.钙华的微层厚度、氧碳同位素组成和微量元素的含量都呈现出随季节变化的周期性特点.钙华年层的形成与方解石沉积速率或者微生物生长活性的季节变化有关;氧同位素组成的变化主要受温度和沉积水体的δ18O控制,但蒸发作用(尤其是在干旱区)也有重要影响;钙华的稳定碳同位素...     

重庆芙蓉洞洞穴沉积物δ13C、δ18O特征及意义

利用重庆芙蓉洞内各种新老沉积物的δ13C、δ18O以及对洞穴内的滴水、池水和洞外泉水的长期观测结果,发现芙蓉洞内的次生沉积物中氧同位素变化整体一致,处于稳定温度下(16℃)的平衡分馏状态。而且洞内滴水和池水的氧同位素也相当一致,反映了外界大气降水中氧同位素的年平均状态。芙蓉洞内各种沉积物中碳同位素变化范围很大,从0‰~-11‰均有分布。由于芙蓉洞内各种滴水以及池水中溶解无机碳(DIC)的δ13C变化约在-8‰~-11‰,显著偏轻于部分洞穴沉积物中的δ13C。通过研究从洞穴滴水到形成次生化学沉积物这个过程中的可能影响洞穴沉积物中碳同位素变化的因素,例如：洞穴温度、滴水高度和速率、CO2脱气、生物作用、矿物同质异相转换等,同时参考芙蓉洞内连续生长达37 ka的FR5石笋的碳同位素记录,发现以上可能的影响因素都不能完全解释芙蓉洞内次生沉积物中碳同位素的异常偏重现象。虽然芙蓉洞内广泛存在文石与方解石共存的次生沉积物,但是综合分析表明这些沉积物的氧同位素处于平衡分馏状态,可以用来进行古气候研究。不过在利用石笋碳同位素解释古环境变化时需要慎重,特别是在讨论由文石或文石—方解石混合构成的次生沉积物时。     

湖泊沉积物纤维素氧同位素研究进展

纤维素作为湖泊沉积物有机质的重要组成部分,其氧同位素组成已逐渐应用在古气候、古环境重建中。本文综述了湖泊沉积物纤维素氧同位素在古气候研究中的进展,包括纤维素的实验提取方法、纤维素及其寄宿水体之间的氧同位素分馏系数,以及纤维素氧碳同位素在定量古气候参数方面的应用,并展望了未来的研究趋势。研究表明,纤维素结合碳酸盐氧同位素组成可能是一种潜在的定量古温度指示剂,可能在未来的湖泊沉积中发挥极大作用。因此,今后的有关研究可能集中在定量古气候参数上的应用。     

湖泊硅藻氧同位素:一种前景广阔的陆相古气候指标

硅藻氧同位素已日益成为陆相古气候重建的一种重要手段。文章在简述这一领域已取得的基本认识基础上,着重介绍了近年来的重要进展。主要进展包括: 1)在硅藻的分离纯化方面,规范了重液分离法和新的重力差异流体分离法;2)完善了分步氟化法,创生了高温碳还原法的氧同位素制取技术;3)通过实验培养和天然湖泊监测实验,证实了硅藻氧同位素与温度的分馏平衡关系;4)湖泊硅藻氧同位素可以反映古温度、气候干旱事件和大气降水来源变化。同时,对目前硅藻氧同位素在湖泊沉积古气候研究中存在的主要问题作了讨论和展望。     

内蒙古大井矿床碳氧同位素组成及其成因意义

利用碳氧同位素组成可以很好地判别其形成的沉积环境.以内蒙古大井矿床为例,对该矿床16个菱铁矿样品进行碳、氧同位素分析,δ13CPDB变化范围为-1.8‰～-6.6‰,δ18OVPDB变化范围为-23.1‰～-17.3‰.根据矿物δ13C与δ18O值投影到δ13C-δ18O图解中,样品数据在图中的投点落入热水沉积区,说明其形成过程中具有热水沉积作用的发生.古温度可以通过T=16.998-4.52(δ18cO-δ18wO)+0.03(δ18cO-δ18wO)2计算,其形成时的温度平均值为117℃,比海底和湖底的温度要高得多,主要原因在于热水流体参与成矿.碳酸盐的成矿环境可以通过公式Z=2.048(δ13C+50)+0.498(δ18O+50)计算:Z值大于120,表示成矿环境为海水;如果Z值小于120,表示成矿环境为淡水或湖水.内蒙古大井矿床菱铁矿的Z值为100～114,结合区域地质背景,大井矿床形成的古环境为深水湖泊环境.通过对碳氧同位素的分析,结合成矿地质背景、矿床地质特征以及微量元素组成,认为在大井矿床成矿的早期阶段曾经发生过热液沉积作用,本次研究不仅有利于全面理解和认识大井矿床成矿过程的全貌,而且有益于对古湖相环境热液事件的探索.     

广西桂林凉风洞秋冬季滴水和沉积物氧同位素对极端降水的记录研究

近年来,全球环境变化导致的极端气候事件的发生频率剧增,引起了国内外学者的广泛关注。由于器测记录时间较短,因此需要通过精确连续记录古气候变化的石笋来解译极端气候事件的规律。本文针对桂林凉风洞2015年9月至2016年1月的大气降水、洞穴滴水和现代沉积物的氧同位素组成进行了高分辨率的监测。监测结果揭示了由于秋冬水汽源的改变,导致桂林地区大气降水δD、δ~(18)O同位素值显示逐渐偏正的季节性变化,并且建立了该区域大气降水线为:δD=8.8δ~(18)O+16.38。由于大气降水作为凉风洞水源补给唯一来源,使得洞穴滴水的δ~(18)O继承大气降水的δ~(18)O所蕴含的环境信息,进而记录在洞穴现代沉积物中。但是受到洞穴顶部岩溶表层带的平滑或者均一化的作用,使得洞穴滴水的δ~(18)O同位素值要偏正于大气降水的δ~(18)O同位素值。在极端降水信号输入岩溶表层带后由于存在不同的水文地球化学过程,从而导致洞穴沉积物对其极端降水事件的响应时间存在不同,并且在δ~(18)O同位素值也存在明显差异。因此,系统监测洞穴滴水、沉积物δ~(18)O同位素对外界环境信息的响应过程,能为量化或精确解译石笋δ~(18)O同位素记录所指代的古气候环境信息提供基础。     

西天山高压脉及主岩的氧同位素研究——古俯冲带深部流体及俯冲特征的启示

位于中国南天山的西天山高压变质带代表了伊犁-中天山与塔里木两个板块间古生代南天山洋的古俯冲混杂岩带.高压变质带内广泛发育高压脉.为探讨古俯冲深部流体来源及运移特点及板块俯冲特征,对高压脉和主岩的全岩及主要的高压变质矿物的氧同位素进行了分析.高压脉的δ18O值变化于+8.28‰与+10.70‰之间,多数在+9.50‰±1范围内.基性变质岩的主岩与高压脉具相似的氧同位素组成,变化于+9.25‰～+10.10‰之间.高压脉和主岩的全岩δ18O值变化不大.高压脉与相邻主岩间、同一高压脉中间与边部间氧同位素组成的变化没有明显的规律,一般变化不大,对于大多数脉-主岩对,变化小于1‰.与全岩完全不同的是,单矿物氧同位素组成显示出很大的变化范围,石英、石榴石、绿辉石的δ18O值分别为+11.40‰～+15.20‰,+3.59‰～+11.60‰和+8.30‰～+13.05‰,多硅白云母和蓝闪石δ18O的变化较小,分别为+10.00‰～+11.10‰和+9.26‰～+9.94‰.榴辉质岩石中高压变质矿物间氧同位素分馏广泛不平衡.全岩氧同位素组成特征表明,俯冲带深部流体主体来自邻近主岩,外来流体对氧同位素贡献有限.单矿物氧同位素广泛不平衡特征可能指示古俯冲带俯冲板片的快速俯冲和折返以及部分外来流体的参与.     

博斯腾湖全新世岩芯沉积物碳酸盐氧同位素气候意义

西风影响区全新世气候变化逐渐受到重视.但目前该区高精度定年和气候意义明确的代用指标仍然缺乏.利用西风影响区新疆博斯腾湖BST04H钻孔岩芯沉积物全新世自生碳酸盐(细颗粒沉淀碳酸盐和介形虫壳体)氧同位素,结合该区降水同位素分布特征和流域水文状况,分析该区湖泊沉积物碳酸盐氧同位素的气候意义,并与湖泊不同位置钻孔碳酸盐氧同位素指标进行对比.结果表明,博斯腾湖深水区沉积物自生碳酸盐氧同位素主要反映了区域的降水(人流)/蒸发比,并保留了入流水体同位素组成的变化信息.全新世自8100cal.aB.P.以来,氧同位素呈现出在波动中逐渐偏正的长期变化趋势,中全新世以后波动幅度加大,其间氧同位素值偏负的波动并不完全指示有效湿度增加,而是入湖水体同位素变化,并与湖泊的水文状况有关.这种波动在湖泊西部距离入湖河口位置较近的钻孔中表现得更为明显.不同位置钻孔同位素变化有很好的对应性,但不同位置相同时段内的波动幅度不一样.实际研究中应充分对比分析,深入理解指标的意义,防止仅依靠某一个位置的指标将这种局地波动信息解释成代表大范围区域的气候或环境信息.     

《沉积地球化学应用讲座》(五)第五讲 稳定同位素在其他岩类研究中的应用

一、稳定同位素在硅质岩研究中的应用目前,稳定同位素在硅质岩研究中的应用,主要有以下两个方面。 (一)判别硅质岩的形成环境在一定温度下,硅质岩的氧同位素组成是水介质氧同位素组成的函数(δ~(18)OSiO_2=δ~(18)O_水+A,在一定温度下A为常数),而水介质的氧同位素组成在又是盐度的函数(δ~(18)O_水=BS+C,S代表盐度,B、C是常数)。因此,根据硅质岩的氧同位素组成可以推断形成介质的盐度,进而判别形成环境类型。     

柴达木盆地察尔汗古湖贝壳堤剖面碳酸盐和 瓣鳃化石碳氧稳定同位素*

通过对柴达木盆地察尔汗古湖贝壳堤剖面沉积物、生物壳体碳酸盐同位素及沉积物碳酸盐含量等多项指标的分析,探讨了贝壳堤剖面记录39.6~17.1kaB.P.(未校正¹⁴ C测年,下同)期间碳酸盐和贝壳化石碳氧稳定同位素的特征和相关关系,指出壳体化石及沉积物碳酸盐的碳氧同位素是湖泊水体温度和盐度的反映,其中δ¹⁸ O对温度的指示意义更敏感,是湖泊和古气候演化很好的代用指标。根据这些指标重建的古气候与环境变化显示,在39.6~35.5kaB.P.期间,柴达木盆地处于温暖湿润期,周围山地降水增加,盆地内湖泊发育;自35.5kaB.P.开始,气候较前期更加湿润,是湖泊发育的最佳期;22.1kaB.P.以后,气候逐步转入较温暖的干燥期,湖泊开始萎缩、退化;末期17.1kaB.P.气候环境急剧恶化,形成石盐结晶,湖泊高湖面演化史结束。     

新疆玛纳斯湖沉积物氧同位素记录的古气候信息探讨──与青海湖和色林错比较

内陆封闭湖泊自生碳酸盐氧同位素组成与大气降水同位素组成、空气相对湿度和地面气温这三个参数相关。我国季风带的青海湖与色林错的δ~(18)O曲线非常相似,说明古气候变化受相同因素驱动。在10500～9500aB．P．的末次冰期向全新世的过渡期,这两个湖泊的δ~(18)O值大幅度下降,这是夏季风雨水的低δ~(18)O值的缘故。属于西风带的玛纳斯湖和季风带的青海湖的δ~(18)O曲线基本上是对称的。大约9500～4000aB．P,图形由对称转变为相似,据此推论当时夏季风的影响范围可能达到新疆北部。     

湖泊沉积碳酸盐氧同位素影响因素的定量评估

湖泊自生碳酸盐δ18O是重建湖泊演化历史的重要代用指标,然而由于湖泊沉积物质来源的多元性和沉积过程的复杂性,所获沉积物碳酸盐的δ18O往往具有多解性.在嘎顺诺尔古湖相沉积小狐山剖面,其剖面590 ～500cm层段湖泊沉积物碳酸盐矿物中的方解石逐渐被白云石取代,同时碳酸盐δ18O呈现异常偏重趋势,其幅度达6.1‰.本文以此为例,通过对沉积物碳酸盐矿物类型和碳酸盐δ18O的分析,结合沉积物粒度、TOC和有机碳同位素等代用指标,对碳酸盐δ18O的影响因素进行了定量评估.对小狐山剖面而言,结果显示湖水蒸发浓缩效应和碳酸盐矿物相变均会导致碳酸盐δ18O发生变化,其中碳酸盐矿物相变引起的分馏作用是影响δ18O发生非环境效应的最主要因素之一.小狐山剖面沉积物中白云石较方解石富集δ18O约7.65‰～ 11.02‰,由此估算白云石与方解石之间的分馏作用可以解释δ18O波动约70％.本文研究结果揭示了自然条件下生成的不同碳酸盐矿物相变存在氧同位素分馏,在进行古环境重建的过程中必须对此进行重视和评估.