日本大沼湖沉积物碳氮比值、有机碳同位素特征及其近400年的古气候环境意义

通过对日本大沼湖沉积物样品总有机碳含量(TOC)及其稳定同位素、总氮含量(TN)和C/N 值的测定, 结合沉积岩芯火山灰和 14C 年代, 分析了大沼湖沉积物中有机质的来源, 探讨了沉积物有机碳同位素的主要影响因素。结果表明: 大沼湖沉积物中有机质主要来源于自生藻类, 受陆源输入的影响较小; 沉积物δ13C 值指示了夏季温度的变化。过去400年来, 大沼湖地区存在1660~1730年和1780~1860年两个明显的冷期, 与邻近地区冰芯、树轮和湖泊沉积物记录的冷期基本一致, 分别对应于Maunder和Dalton太阳黑子极小期。     

云南鹤庆钻孔揭示的西南季风轨道尺度演化

文章在运用自动轨道调谐方法确定鹤庆钻孔时间标尺的基础上, 首先分阶段探讨鹤庆钻孔碳酸盐指标的 演化特点, 然后采用频谱分析和滤波分析方法, 通过对鹤庆钻孔碳酸盐沉积记录的分析, 探索西南季风轨道尺度的 演化规律。综合分析结果显示: 天文因素是影响西南季风演化的重要因素, 但并非惟一因素, 西南季风的演化中存在着中更新世转型和1. 55MaB. P. 附近的转型, 后者推测与青藏高原隆升及全球冰体积变化有关; 在西南季风演化的不同阶段出现100ka, 73ka, 66ka, 54ka, 41ka, 30ka, 23ka, 19ka,15ka 和10. 7ka 等周期。     

海洋沉积物有机碳和稳定氮同位素分析的前处理影响

海洋沉积物中的有机碳和稳定氮同位素为海洋古环境和碳氮循环提供了大量信息,然而不同的前处理方法对有机碳和稳定氮同位素测定结果的准确性产生不同程度的影响.笔者通过大量条件实验,分析了前处理过程中影响结果准确性的可能因素.①器皿材质:使用聚丙烯和玻璃离心管进行酸处理所得样品的δ13C和δ15N基本无差别.②干燥方式:样品经热烘干燥会导致样品中轻碳组分和易挥发组分的逸散,引起样品中δ13C的分馏.鲜样和酸处理后样均采用热烘干燥会引起样品中δ15N发生明显分馏.③驱酸方式和洗酸程度:水洗造成溶解性有机碳和氮的损失,致使δ13C和δ15N值较真实值偏正,但酸蒸法不能保证氯离子的有效驱除.洗至中性后的洗酸次数对δ13C影响甚小,但会导致δ15N继续偏正.全程采用冷冻干燥,选用PP离心管作为主要酸处理水洗和干燥的器皿,具有很好的重复性,可获得较理想、准确的δ13C和δ15N测试数值.     

地表水中总有机碳含量测定的优化研究与应用

利用multi N/C3100型总有机碳/总氮分析仪直接测定环境水样中的总有机碳(total organic carbon,TOC)含量,简便快捷,但是能否完全去除无机碳,这对结果的准确性有一定影响。文章研究了不同吹扫时间对环境水样中TOC测定值的影响,对南京市湖泊水TOC含量进行连续6天测定。结果表明:吹扫时间为4 min时,无机碳去除完全,方法的检出限为0.05 mg/L,准确度及精密度均可满足日常生产需要。总有机碳分析仪直接测定环境水样中的总有机碳含量,简便快捷,灵敏度高,重复性好,准确可靠,适用于环境水样中总有机碳的日常测定。     

长江三角洲晚新生代沉积物有机碳、总氮和碳酸盐组成及古环境意义

长江三角洲地区埋深达320m的PD钻孔揭示了上新世以来河湖相、滨海相和三角洲相的沉积环境特征。钻孔沉积物中有机碳、总氮和碳酸盐组成变化较大,但具有一定的规律性。上新世东部地区气候较暖湿,古湖泊发育,化学风化强烈,有机质保存率较低;早更新世气候波动较大,相对温湿气候下高等植被发育;中、晚更新世长江流域气候逐渐变冷干,晚第四纪气候变化较显著,流域植被类型发生明显变化;全新世气候转暖,有机质保存率高。有机碳、总氮和碳酸盐组成揭示的古气候变化与孢粉、沉积地层等资料相当吻合,与相邻内陆地区的第四纪古环境研究认识也具有明显的可比性。本研究也揭示,运用有机碳、总氮和碳酸盐组成重建我国东部地区第四纪古环境和季风演化史具有相当的难度,必须充分考虑沉积地层不连续性、粒度、有机质来源、埋藏成岩环境以及陆海相互作用等多因素的复杂影响,同时需要结合有机碳同位素等分析来深化古环境研究。     

四川盆地晚奥陶世有机碳、氮同位素异常及其古环境意义

晚奥陶世全球海洋环境曾发生重要的改变,特别是赫南特冰期的气候变冷,造成了古海洋沉积物中多项地球化学指标出现异常现象,全球多地区出露的赫南特阶均记录了冰期时出现的碳、氮同位素异常,但对其产生机制的认识存在争议。四川盆地东南缘三泉剖面和双河剖面的奥陶系五峰组、观音桥段以及志留系龙马溪组的有机碳同位素、总氮同位素等地球化学指标测试结果显示,三泉剖面和双河剖面的赫南特阶观音桥段泥灰岩有机碳同位素和总氮同位素均出现正偏偏移,并可与其他地区奥陶系剖面进行对比。其中,三泉剖面δ¹³Corg值分布范围为-31.9‰～-27.9‰,自五峰组顶部开始偏重,在观音桥段达到峰值-27.9‰,偏移幅度约2‰;双河剖面δ¹³Corg平均值为-30.1‰,观音桥段最大值为-29.1‰,向正偏移幅度约为1‰左右。这些变化特征揭示,晚奥陶世有机质的埋藏作用可能改变了海洋溶解无机碳库的碳同位素组成,并且引起赫南特冰期碳同位素异常。三泉剖面和双河剖面δ¹⁵N平均值分别为1.4‰和1.1‰,冰期观音桥段δ¹⁵N值正偏幅度在0.5‰～1‰之...     

中国近海沉积物氮和有机碳标准物质的研制

我国海洋沉积物的研究近几年发展较快,但是缺少有定值的氮、有机碳标准物质。本文针对及其匮乏的氮、有机碳国家二级标准物质进行了我国近海沉积物总氮(TN)、总碳(TC)、总有机碳(TOC)含量的分析标准参考物质的研制。研究样品采自"我国近海海洋综合调查与评价"专项提供的表层沉积物,经过冷冻干燥、研磨至74μm,使用元素分析仪和氧化热解-气相色谱法分析总氮和总碳的含量;使用元素分析仪和氧化热解-电位法分析总有机碳的含量,制备了一系列16个有定值的总氮、总碳、总有机碳含量的近海沉积物标准物质。样品在均匀性检验中,F的实测值小于临界值,相对偏差较小,样品的均匀性较好。在稳定性检验方面,两年内多次测定的分析结果无方向性变化,统计计算结果显示稳定性良好。本文研制的这16个近海沉积物标准物质在3家实验室进行了联合定值,按照ISO导则35和国家一级标准物质研制规范,给出了该系列标准物质总氮、总碳、总有机碳含量的标准值和不确定度。这批标准物质分为不同海区,不同海区的标准物质又分为不同的沉积物类型,研制的不同海区不同沉积物类型的标准物质对现有的海洋沉积物标准物质进行了有效的补充。     

沉积岩中总有机碳测定的自动预处理方法

总有机碳(TOC)是衡量烃源岩有机质丰度的首要指标,实现其高效准确测定具有重要的现实意义。在TOC整体测试流程中,用稀盐酸去除无机碳的样品预处理过程目前主要采用手动法进行,存在周期长、氯化物残留等问题,成为制约整体测试效率的首要因素。学者们研究了溶样时间、溶样温度、离心洗样等对TOC测定值的影响,但尚未形成系统的预处理方法,预处理效率也未得到实质性改善。本文利用自主研制的有机碳自动预处理仪建立了两种自动预处理方法;根据国家标准 《沉积岩中总有机碳的测定》(GB/T 19145—2022)规定的预处理流程,采用多种岩性、不同TOC水平的国家标准物质和质量控制样品对这两种预处理方法进行了方法验证;并进一步分析了自动预处理方法的优势。结果表明,两种自动预处理的方法回收率总体为96.23%～102.12%,相对标准偏差为0.37%～3.23%,满足标准规定的数据准确性、重复性和再现性要求,数据质量较手动法得到进一步提升;自动预处理法的预处理时长大幅缩短至4～6h/批,提高了测试效率;氯离子活度对洗样次数的变化更为敏感,且可监测并有效降低样品中氯化物的残留量,建议作为洗样终点的定量监测指标。建立的两种自动预处理方法可替代手动法进行TOC测试的样品预处理,在保障数据质量和测试效率的前提下又可解放人力,使总有机碳的测试能力得以显著提升。     

硫化物和有机碳对碳酸盐热释光测定的影响

碳酸盐热释光是指示过去气候和海洋环境的一个潜在指标,但其发光机制及其影响的因素尚不十分清楚.分别研究了海相碳酸盐、黄铁矿和普通煤的热释光特性,并通过加入法研究黄铁矿和煤(有机质)对碳酸盐热释光的影响.研究发现黄铁矿和煤的掺入对热释光谱线特征及其峰位没有影响,但是明显影响了热释光的强度.黄铁矿和煤的加入量愈多,热释光强度...     

青藏高原达则错沉积物有机碳同位素特征及古气候环境意义

通过对达则错沉积岩心有机质碳同位素（δ13C）和碳氮比（C/N）的分析,结合岩心浮游生物记录、营养盐记录以及温度和降水记录,探讨了过去一千年达则错沉积物有机质δ13C的气候环境指示意义.结果表明,达则错沉积物有机质主要以湖泊自生的水生生物碎屑混合物为主;过去一千年,达则错在受人类活动显著影响之前,气候变化是影响沉积物有机质δ13C形成的主要因素,在1050~1200 AD和1450~1650 AD气候寒冷干燥时段有机质δ13C值显著偏重,反之则相反;过去150年,湖泊沉积物有机质δ13C显著偏重,主要受人类活动导致湖泊营养盐浓度变化影响.本研究还表明对于营养结构较为单一,且西藏拟溞为绝对优势动物物种的半对流型湖泊,应用C/N值判断湖泊有机质来源是不可靠的,需要综合湖泊地理背景谨慎判断.      

海南岛万泉河口沉积物有机碳、 氮同位素的特征及其环境意义*

对海南岛万泉河口沙美内海柱样K3和K4沉积物进行生物地球化学指标总有机碳(TOC)、总氮(TN)、有机碳同位素(δ¹³ C)、氮同位素(δ¹⁵ N)的分析,以及²¹⁰ Pb定年了解其近代变化特征,追踪沉积物有机质来源的变化,提取沉积环境演变及人类活动的信息。K3中TOC的变化介于0.51 ％ ~1.12 ％ ,K4变化介于0.43 ％ ~1.49 ％ ,而其随时间的变化反映了流域内人类活动的历史。17世纪TOC含量明显增加记录了明末清初开始流域内广泛种植农作物的活动,19世纪以来TOC含量逐渐增加,至现代达最高值,对应了工业革命以来人类活动的增强。K3和K4的δ¹³ C值变化分别在-24.38 ‰ ~-21.02 ‰ 之间和-24.74 ‰ ~-20.17 ‰ 之间,δ¹⁵ N值变化分别在2.20 ‰ ~4.62 ‰ 之间和2.39 ‰ ~5.02 ‰ 之间,映证了本区沉积物有机质是陆源物质和海洋物质混合的特点。明末清初开始流域内广泛种植玉米等农作物造成δ¹³ C值增加和δ¹⁵ N值减少; 自19世纪以来至现在,该区的经济活动增加,人口的持续增长,尤其是近50年来化肥农药的大量使用,造成陆源输入的有机碳含量大幅增加,使δ¹³ C值减少和δ¹⁵ N比值增加。 δ¹³ C值自19世纪以来就逐渐变轻,说明陆源和海洋有机碳的比例发生了变化,较轻的陆源有机碳比例相对增加,较重的海洋有机碳比例相对减少,反映了玉带滩沙坝的增长、沙美内海封闭、海水交换作用减少的状况。C/N比值分别从底部的16.19和17.36到顶部减小为11左右,自19世纪以来呈明显减小的趋势也反映了沙美内海泻湖自生的藻类有机质供应越来越多,也说明了其逐渐封闭、水动力条件越来越弱,与外海的交换作用逐渐减少的状况。     

内蒙古达里湖全新世有机碳氮同位素记录与环境演变

内蒙古中东部的达里湖为一水文封闭型湖泊,位于现今东亚夏季风的北部边缘区,对区域环境变化十分敏感.本文对达里湖沉积中心提取的岩芯(DL04沉积岩芯)顶部8.5m沉积物进行了有机地球化学分析.15个全岩样品有机质的放射性碳测年结果表明:岩芯顶部8.5m涵盖了过去大约11500年.按约50年分辨率分析的225个总有机碳(TOC)、总氮(TN)含量、总有机碳/总氮(C/N)原子比值数据以及221个有机碳和有机氮稳定同位素(δ13C和δ13C)数据,详细揭示了全新世东亚夏季风边缘区的水文和生态变化历史.在距今11500 ～ 9800日历年(ca1.aB.P.)期间,所有地球化学指标均呈逐渐增大趋势,指示入湖河流逐渐增强,达里湖开始扩张,水生植物生产率逐渐升高;在9800 ～ 7700cal.aB.P.期间,TOC和TN含量以及C/N比值维持稳定高值,δ13C和δ15N值较小,指示湖泊维持高湖面状态,陆源输入和浮游植物生产率较高;在7700～ 5900cal.aB.P.期间,C/N比值和δ15N维持低值,TOC和TN含量呈现更高值,并且波动变化,δ13C值逐渐增大,表明湖面维持高水平,湖水显著变暖,浮游植物生产率显著升高,流域植被大幅度扩张;在5900 ～ 4850cal.aB.P.期间,TOC和TN含量,C/N比值以及δ13C值显著减小,δ15N值显著增大,暗示地表径流显著减弱,达里湖湖面显著下降,湖泊生产率快速下降;从4850cal.a B.P.开始,TOC和TN含量以及C/N比值呈逐渐减小趋势,δ13C和δ15N值呈逐渐增大趋势,表明湖面逐渐下降,湖水盐度、碱度升高,湖水可能变冷,湖泊生产率逐渐下降,流域植被收缩.全新世东亚夏季风边缘区水文和生态环境的变化可能直接或间接受北半球夏季太阳辐射量和区域季风降水强度的共同控制.     

文山古木街台地边缘泥盆纪斜坡碳酸盐沉积与环境意义

文山古木街台地东部边缘泥盆纪的斜坡碳酸盐沉积类型包括重力流和非重力流 ,重力流有碎屑流、滑移滑积层及浊流 ;常见的层序组合有 3种 ,整个斜坡体系在垂向上可划分 3个沉积旋回 ;建立 11个浮游生物化石带 ,沉积时代为早泥盆世晚期至中泥盆世早期。斜坡碳酸盐重力流的研究具有重要的古地理、古构造环境意义。     

末次冰期以来南海北部沉积有机碳记录及其古植被环境信息

末次冰期以来南海北部深海沉积物中陆源植被碎屑来源及其指示的植被类型变化等一直存在争议。正构烷烃比值、正构烷烃碳同位素(δ13Calk)及总有机碳同位素(δ13CTOC)等有机碳指标的应用可能为之提供新的证据。南海北部MD05-2905岩芯中正构烷烃比值C31/C27,C31/(C31+C27+C29)和ACL(长链烷烃平均链长)等呈现末次冰期高,全新世低的变化,指示末次冰期草本植物相对增多,全新世木本植物较多。δ13CTOC及δ13Calk均呈现末次冰期相对偏正,全新世偏负的变化,指示C4植物在冰期增多,间接印证草本植物的增多。末次冰期,由于相对冷干的气候、大气CO2浓度的降低,以及低海平面导致陆架的广阔出露,均有利于更多草本植物的生长。末次冰消期及全新世随着温度的升高及降水的增多,森林植被发育,C3植物相对较多。该岩芯碳同位素结果与南海北部孢粉结果的对比表明,南海北部深海沉积中正构烷烃指标指示南海北部周边较大区域范围的植被变化信息。     

影响C4草本植物C/N比值变化的因素与土壤有机C积累的关系

文章对采自贵州从低海拔的东部到高海拔的西部且大致平行的石灰岩和砂岩两地带均生长的3种C₄草本植物,即巴茅(Miscanthusfloridulus)、白茅(Imperatacylindrica)和类芦(Neyraudiareynaudiana),以及相对应的土壤表层样品,进行了营养元素和C同位素组成分析;研究营养元素含量随着海拔的不同而出现的变化趋势,以及这些元素之间的相互协变作用,尤其是Ca和N之间的相互协变作用对植物的N含量、C/N比值和^δ13C值的影响,以了解植物的C/N比值(指示植物残留物质量的一种标志)与土壤有机C积累的关系。研究结果表明,植物的N含量和^δ13C值具有随海拔的上升而显著增大趋势,而植物的C/N比值在砂岩地区虽有减小的趋势,在石灰岩地带则没有。对所研究的C4草本植物来说,在土壤pH值为5.8的中性条件下显示出Ca的最大吸收,因此,Ca与其他营养元素之间的协变模式在两种土壤类型中表现出相反的倾向,并存在土壤交换性Ca的边界浓度:当土壤可交换性Ca的含量为2.24mg/g,相应土壤的pH值在5.8以下时,随着土壤可交换性Ca浓度的增大,植物的N含量上升,而植物的C/N比值会显著降低;当Ca在边界浓度以上时,随着土壤可交换性Ca浓度的增大,植物的N含量下降,而植物的C/N比值有增加的趋势。由此可见,植物残留物的N含量和C/N比值受Ca元素含量的相     

南海北部沉积物常量元素变化、碳酸盐旋回及其古环境意义

通过对南海北部ODP1145站沉积物的常量元素和碳酸盐分析,探讨了早更新世南海北部沉积物常量元素和碳酸盐含量变化特征及其古环境意义.结果表明,南海北部沉积物中主量元素CaO、Fe2O3、K2O、Na2O、MnO和P2O5受碳酸盐含量影响相对较小,而SiO2、MgO、Al2O3和TiO2受到碳酸盐含量影响相对较大.碳酸盐校正后的常量元素变化可以划分为3种类型,即PC1、PC2和PC3,它们的主要特点有:PC1元素组合包括了SiO2、CaO、Na2O、P2O5、Fe2O3和K2O,主要反映了与季风强度有关的生源物质产率变化,指示了距今2.5~1.5Ma时段生产力的逐渐降低; PC2元素组合(Al2O3、TiO2)代表了陆源物质的输入,指示了在约2Ma开始陆源物质输入的明显增加; PC3元素组合(MgO、MnO)可能与海洋自生作用有关,反映了海底氧化/还原环境的相对变化.早更新世南海北部CaCO3含量呈阶段性降低,一方面受陆源物质稀释作用的影响,另一方面可能更与生物生产力逐渐降低有关.主量元素组合及碳酸盐含量在约2Ma和1.7Ma左右均发生显著变化,可能指示了早更新世时期东亚冬季风的两次增强.     

海南岛双池玛珥湖沉积中的碳、氮地球化学记录及其环境意义

根据岩芯的碳、氮含量及其比值分析并结合其他气候替代指标的分析结果，恢复了海南岛双池玛珥湖末次冰消期以来的古气候变化。全新世大暖期始于7,400a BP，结束于2,700a BP左右，期间热带地区气候湿热，植物茂盛，双池玛珥湖主要处于沼泽化阶段，蒸发量与降雨量持平。但大暖期中仍存在气候的快速波动事件，约7,200a BP和7,000a BP前后、6,000～5,900a BP、4,300～4,000a BP 期间气候转凉，有机质生产力降低。大暖期前后，分别有明显的凉温但季节性暴雨频繁的气候（8,000～7,400a BP、2,700～2,300a BP），表示气候模式发生变化，降雨量相对大于蒸发量。此时双池玛珥湖处于深水期，由于气温降低以及湖水上升引起的湖边陡壁植被覆盖面积减少，植物生产力降低，导致了岩芯中有机质的低含量。     

周口店东洞洞穴沉积物的地球化学特征及其环境指示意义

周口店地区的古环境变化研究多数研究集中在中更新世时期,而缺乏对早更新世时期环境变化的研究。这主要是由于缺少保存完好的早更新世沉积记录造成的。随着对20世纪80年代在周口地区发现的东洞剖面,发现这是一个保存完好的早更新世剖面,为研究早更新世时期的古环境变化特征提供了良好的研究材料。为了重建早更新世时期的古环境变化特征,利用XRF对东洞洞穴沉积物的主要元素（SiO2,Al2O3,Fe2O3和CaO）的化学组成进行了高分辨率分析,同时对沉积物中的FeO含量进行了测试。结果显示东洞剖面沉积物的主要化学组成为SiO2,占41.6%～58.9%,其次是Al2O3和Fe2O3,其含量的变化范围分别为13.69%～29.63%和5.00%～9.81%。Al2O3和Fe2O3在剖面上与SiO2含量成明显的镜像变化关系,显示出Al2O3和Fe2O3对沉积物中SiO2含量的稀释作用。另外,Fe2O3与Al2O3在剖面上具有很好的相关性,表明Fe2O3主要富集在富铝的矿物中。从元素含量在剖面的上分布看,东洞剖面的化学组成发生3次大的波动,主要表现为SiO2和FeO含量增高,而Fe2O3与Al2O3含量的减少。这3次波动分别出现在剖面的15.3～14.6m,11.0～9.9m和8.40～7.84m深度处。在3次化学组成的波动出现的同时,指示沉积物风化程度和温度变化的Si/Al（SiO2/Al2O3）和FeO/Fe2O3比值也发生了明显变化,比值增高,指示了3次大的干冷事件。另外,在剖面上部（10.00～7.84m,即第2次事件以后）SiO2/Al2O3和FeO/Fe2O3比值变高且波动频繁,表明自第2次干冷事件后沉积区的环境变得不稳定,逐渐向冷干气候转变。东洞剖面的地球化学记录（SiO2/Al2O3和FeO/Fe2O3）与泾川黄土剖面的粒度曲线具有较好的对比性,支持了东洞剖面记录的环境信息与黄土沉积记录的环境变化具有一致性。通过与泾川粒度曲线的对比发现,东洞剖面记录的3次干冷事件在时段上分别对应于黄土-古土壤序列中的L26,L15和L13。