末次冰期以来南海北部下陆坡区沉积有机质地球化学特征及其意义

选取南海北部下陆坡-深海平原过渡带典型沉积柱状样,通过对其沉积有机质的整体有机地球化学特征进行表征,探讨了南海下陆坡-深海平原区沉积有机质在冰期/间冰期旋回中的赋存状态、来源变化以及与古气候环境之间的相应关系。结果表明,总有机碳（TOC）、总氮（TN）和有机质稳定碳同位素（δ13Corg）与冰期/间冰期旋回有明显的对应关系,冰期时对应高值,间冰期时对应低值;而有机质稳定氮同位素（δ15N）表现为全新世时其值偏低,末次冰消期其值偏高,与气候旋回没有相关性; C/N值和δ13Corg值都表明南海北部下陆坡沉积有机质来源是陆相和海相的混源,且在末次冰期/间冰期尺度上主要以海相来源为主。     

30ka以来南海东北部陆坡坡底沉积有机质的长链正构烷烃特征及其古植被意义

为探寻南海深海平原区的有机质组成特征、来源及其所反映的古气候/环境演化信息,对南海东北部深水区的ZSQD289沉积柱状样品进行了正构烷烃组成及其单体稳定碳同位素的相关分析,结合孢粉鉴定结果,重点探讨该沉积区末次冰期以来陆源输入变化、源区的古植被演化及其气候响应因素.结果表明:30ka以来,南海东北部深海陆坡坡底的沉积有机质以洋/陆混源为特征,且以海洋自生生产力贡献为主,其生源贡献存在明显的冰期/间冰期旋回变化特征,冰期时陆源有机质输入明显高于全新世间冰期;其陆源有机质应该主要由台湾南部河流输入,在低海平面时通过海底峡谷搬运至此,其过程中可能受到西太平洋底流和黑潮的影响.该沉积源区植被演化经历了C3/C4植物互为消长的变化过程,但30ka以来主要还是以C3植物占优势,由此推测末次冰期以来源区(台湾岛南部)不存在明显的干旱化,冰期虽然温度较低但气候比较湿润.     

湖相沉积物有机地球化学在古环境研究中的应用

湖相沉积物中的有机质蕴含着丰富的地球化学信息,是古环境研究中必要的基础资料之一。文章综述了近年来湖相沉积物有机地球化学在古环境研究中的应用,结果表明:1在应用有机地球化学信息探讨古环境时,首先要根据有机质组成特征区分其来源,不同来源的有机质,其地球化学特征存在差异;2有机质碳同位素(δ13Corg)是研究古气候变化的常用指标,在区分暖湿、暖干、冷湿、冷干气候类型时需结合沉积物中总有机质丰度(TOC)、总有机氮丰度(TN)、自生碳酸盐氧同位素(δ18O)等资料;3脂肪酸不饱和度可作为恢复古环境温度的定性指标,UK37和UK37'在定量恢复古湖水表层温度中有较好的应用效果,TEX86有望应用在古湖水表层温度的重建;4生物标志化合物可较好地区分沉积物中有机质的来源、沉积水体的盐度及氧化还原性。可见,有机地球化学是研究古环境常用且有效的技术手段,多项有机地球化学参数相互验证能够更精确地重建古环境并预测其演化趋势。     

北极楚科奇海-北白令海表层沉积物陆源有机质示踪与埋藏效应

大陆边缘贮存了全球海洋约80%以上的沉积有机碳,在海洋埋藏的有机质中占有至关重要的地位,同时,其也是陆源有机质的一个重要汇区。北极陆架是全球最大的陆架,因而,弄清楚北极沉积物中有机质的分布与来源,对增进全球碳循环的认识具有重大意义。目前北极在有机质来源方面的研究还较少,且所使用的指示参数较为单一[1]。由于大陆边缘沉积有机质的复杂性以及各个指示参数(包括整体性参数和生物标志物)本身的限制,多参数估算有机质来源的工作变得越来越重要。本文旨在应用多参数指标(有机C/N值,有机碳稳定同位素δ13C和BIT指数)示踪陆源沉积有机质,从而进一步了解楚科奇海和白令海北部陆源有机质的埋藏过程。表层沉积物样品来自西北冰洋楚科奇海与北白令海的20个站位的箱式表层样品。样品采集后置于-20℃冰柜中保存,带回实验室进行上述参数的分析。有机碳氮以及有机碳稳定同位素δ13C的测定分别使用Elementar元素分析仪(德国)以及Thermo的同位素比质谱仪(美国)。BIT指数是甘油二烷基甘油四醚酯(GDGT)中土壤来源的支链GDGT与海洋来源奇古菌醇Crenarchaeol的比例,可以指示土壤有机质在沉积有机质中的含量[2]。GDGT萃取液通过高效液相色谱质谱仪进行测定。研究区有机C/N值高值出现在白令海东南和楚科奇海南部;有机碳稳定同位素δ13C值分布情况与C/N值相似,偏轻的同位素值分布在研究区域东侧。根据支链GDGT的含量与奇古菌醇含量计算得到的BIT指数平均值约为0.150,分布为在东部较高,且在北部靠近海盆方向逐渐降低。这个结果也与王寿刚等(2013)[3]和Park等(2014)[4]的结果相近。结合上面的结果,通过二端源混合模型可以计算沉积有机碳中陆源有机碳的相对含量。δ13C值的计算结果与Naidu等(2000)[1]的相近,他们得到的海源比例约为50%。有机C/N比值计算的陆源有机质含量较低,这可能与矿物吸附的无机氮或者沉积物中微生物的降解有关。而BIT指数计算的值是最低的,这与Hopmans等(2004)[2]所述的相一致,即BIT指数指示的是一个土壤来源。以上陆源有机质的分布与研究区分布在东西侧的阿纳德尔流和阿拉斯加沿岸流密切相关。     

三万年来南沙海区古环境重建:生物标志物定量与单体碳同位素研究

17962钻孔沉积物提供了南沙海区3万年来古气候、古环境变化的高分辨沉积记录。通过对314个柱状样沉积物进行有机分析，提取了相关的古环境信息，揭示出南沙海区末次冰期的古海洋环境及古气候是不稳定的，水生生物来源的生物标志物沉积通量在冰期出现了较大的波动，H3时出现了海洋生产力增大事件；陆源指标如高碳类脂物的沉积通量，既反映了陆源物对南沙海区海洋沉积的贡献，又揭示了造成末次冰期南沙海区陆源物质增高的古气候事件。高碳正烷烃、长链脂肪醇、长链脂肪酸的单体化合物碳同位素δ^13C值:—34．2‰-—28．6‰、—35．8‰-—26．6‰、—31．8‰-—27．1‰都显示其陆源C3植物输入的特征，末次冰期的普遍的干旱化在这一地区并不存在。这些化合物的堆积速率在H3都出现了极大值，反映出在南海海平面降低，巽它陆架出露背景下这一时期丰富的季风降雨导致河流洪水泛滥，从而引起南沙海区输入的陆源营养元素增多，海洋表层生产力增高。     

青藏高原北部中新统五道梁群湖相沉积碳氧同位素变化及古气候旋回

通过对中新统五道梁群湖相沉积进行全岩心钻探和碳氧同位素测试,获得青藏高原北部中新世早期古环境变化和古气候旋回的重要地质记录.五道梁群约150 m湖相沉积以灰岩、白云质灰岩与泥灰岩为主.仅在深度50.0～51.0 m出现湖相沉积间断,上下均为连续湖相沉积.深度140～145 m湖相沉积碳氧同位素剧烈变化,碳同位素(δ13C/‰)出现2次最低峰值,氧同位素(δ18O/‰)出现2次最高峰值;深度140.7 m湖相沉积碳同位素(δ13C/‰)和氧同位素(δ18O/‰)同时出现极低值.对应于渐新世/中新世界线深海沉积记录的Mi-1全球古气候事件.深度140.7～14.2 m湖相沉积碳氧同位素记录了Mi-1期后7次1.2 Ma天文周期的古气候旋回,深度62.6～9.86 m湖相沉积碳氧同位素记录了9次周期约17.4 ka的古气候旋回.根据湖相沉积碳氧同位素记录的古气候旋回,推断青藏高原北部五道梁盆地中新世早期古大湖发育时期为(24.1±0.6)Ma～(14.5±0.5)Ma,年均气温变化范围为19～21℃,平均约20.0℃.     

渤海东海海洋沉积物中碳氮稳定同位素标准物质研制

海洋沉积物中碳氮稳定同位素因其能够确定有机质的来源,有助于了解碳循环、气候变化、有机质迁移转化而备受关注,但其分析测试过程中尚缺乏海洋沉积物碳氮稳定同位素标准物质进行质量监控。本文依据ISO导则35和国家《一级标准物质技术规范》(JJG1006—1994),研制了三个海洋沉积物碳氮稳定同位素标准物质(MSCNI-1、MSCNI-2和MSCNI-3),候选物样品分别采自我国渤海锦州湾湿地、东海闽浙近岸和东海冲绳海槽,定值组分为总碳氮同位素(δ~(13)C-TC、δ~(15)N-TN)和有机碳氮同位素(δ~(13)C-C~(org)、δ~(15)N-N~(org)),定值方法采用元素分析-同位素比值质谱法(EA-IRMS)多家实验室协同定值。经检验,三个标准物质候选物均匀性良好,一年内定值组分均无显著变化,具有良好的稳定性;δ~(13)C和δ~(15)N的标准不确定度分别小于0.15%和0.24%,标准值和标准不确定度合理。该套标准物质是我国以海底沉积物为介质的基体型碳氮稳定同位素标准物质,定值方法准确可靠,可供海洋、地质及环境等相关领域实验室用于仪器校准、方法评价和质量监控等。     

温度影响东北地区更新世植被变化的黄土记录

温度、降水(湿度)和大气CO2含量被认为是影响C3植物生长的主要因素.大量的现代植物和土壤有机质碳稳定同位素(δ13C)研究表明,温度升高可使C3植物的碳同位素变重(正),降水增多(湿度增大)和大气CO2含量升高可使C3植物的碳同位素偏轻(负);同时,C4植物可明显地影响土壤的有机碳同位素组成.基于这些认识,以前对黄土高原的黄土-古土壤序列有机质碳同位素和植被组成变化进行过不少研究.但是,相关的研究在我国东北地区的黄土中还未开展.本文对我国东北地区厚度36m的喀喇沁旗牛样子沟黄土-古土壤剖面进行了间隔10cm的采样和总有机碳含量(TOC)、有机质稳定碳同位素的测试分析.结果表明,在间冰期发育的古土壤有机质含量高、δ13C值偏正;反之,在冰期堆积的黄土有机质含量低、δ13C值偏负.通过分析表明,研究区的植被类型是以C3植物占主导地位,C4植物对土壤有机质δ13C变化的贡献有限,并且气候变化具有冰期-间冰期季风气候变化的特点,据此推断温度是决定东北地区植被碳同位素组成变化的主要因素,超过了降水(湿度)和大气CO2含量对植被(植物碳同位素组成)变化的反向影响.这一发现揭示了温度对我国东北地区长时间尺度植被变化的控制作用.这些认识对于在未来全球变暖背景下,东北地区的林木和小麦、大豆、水稻等C3作物的种植有借鉴意义.     

赛里木湖沉积物有机质变化特征及其环境信息

在分析赛里木湖湖泊沉积物中氮含量(TN)、有机碳含量(TOC)及其碳同位素(δ~(13)C_(org))以及色素等指标的变化特征的基础上,结合沉积物中有机指标的环境意义的探讨,揭示了新疆赛里木湖湖泊沉积物中有机质所蕴含的环境信息.赛里木湖沉积物中总有机碳含量、总氮含量的变化反映了流域初级生产力的变化,沉积物色素变化是有机质保存条件的指标,间接指示了湖泊-流域水热配置环境.有机碳同位素(δ~(13)C_(org))反映了湖泊内外源的混合信息.结合有序样品聚类分析方法,可以将赛里木湖近代环境划分为四大发展阶段:1、各有机指标相对稳定;2、各有机指标明显波动;3、各有机指标显著增加;4、各有机指标快速增加.     

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.     

21 kaB.P.以来大兴安岭中段月亮湖沉积物全岩有机碳同位素组成变化及其古气候意义

月亮湖是位于大兴安岭中段阿尔山一柴河火山区的一个火山口湖,地处现今季风/非季风影响的过渡地带,对气候环境变化反应敏感.月亮湖长约9m的沉积岩芯记录了21cal.kaB.P.来的古气候演化历史.月亮湖沉积物全岩有机碳同位素组成(δ13Corg)、总有机碳含量(TOC)和总氮含量(TN)分析结果表明:δ13Corg值分布范围为-34.3%～-24.8‰,具有9.5‰的变化幅度,但总体仍然在陆生C3植物的变化范围内.TOC含量分布范围为1.04%～23.55%,TN含量分布范围为0.08%～1.78%,TOC与TN含量变化趋势相同,呈正相关性,两者都显示出末次冰期晚期时含量特别低的特征.沉积物的TOC/TN比值(原子比)分布范围为6.3～28.2,其中末次冰期晚期的值比较低,说明沉积物中有机质以内源水生生物为主,其后TOC/TN比值明显升高且多14,说明大部分有机质来源于汇水盆地中的陆生植物.根据多个指标综合分析,有效湿度的影响很可能是δ13Corg变化的主导因素.因此,近2万年来月亮湖全岩有机碳同位素组成变化与古气候变化的对应关系是:暖湿气候对应着偏负的δ13Corg值,冷干气候对应着偏正的δ13Corg值,全新世期间因植被变化不大,其δ13Corg值变化幅度也不大.     

江汉平原江陵剖面有机碳含量、碳同位素和磁化率的古气候意义

湖泊中的有机碳及其同位素与磁化率指标广泛应用于古气候的重建,但由于各地自然条件的差异,其气候意义具有一定的区域性.对江汉平原江陵剖面沉积物中磁化率参数、总有机碳(TOC)、总氮(TN)及其碳同位素δ(13C)值影响因素与环境气候关系的研究结果表明:沉积物总有机碳(TOC)的变化与总氮(TN)呈正相关关系,而总有机碳(TOC)与同位素δ(13C)、磁化率值则呈负相关关系,其组合可以很好地反映江汉平原地区的环境演变.在暖湿期,沉积物中总有机碳、总氮较高,有机质的δ(13C)值偏负,磁化率偏低;反之,在凉干期,沉积物中总有机碳、总氮较低,有机质的δ(13C)值偏正,磁化率偏高.江汉平原地区6 000 a PB以来的古气候演化经历了3个阶段:即冷干-暖湿-凉干的变化过程.     

类脂化合物单体碳稳定同位素在古气候环境研究中的意义

类脂化合物极大地扩展了全球变化研究的深度，尤其是单体碳稳定同位素技术在古气候、古环境重建上有着重要作用。基于近些年来国内外的最新研究成果，就类脂化合物单体碳同位素在古气候环境方面的应用研究进行了较为全面的评述。已有研究表明利用类脂化合物单体碳同位素组成可以追溯到海洋和湖泊环境中陆源有机质的物源，其母源区历史时期 C3、C4植被的变迁以及区域性的古气候、古环境重建。     

中国西北干旱区湖泊沉积物中有机质碳同位素组成的环境意义--以民勤盆地三角城古湖泊为例

通过对中国西北干旱区石羊河流域民勤盆地三角城古湖泊沉积物有机质碳同位素组成(^δ13Corg)分析,表明末次冰期与全新世时气候和植被有明显的差异,末次冰期^δ13Corg总体偏轻(-30‰～-25‰),而全新世碳同位素组成则有较大的变化,在早全新世碳同位素组成有多次短期快速变重(-10‰左右)的变化,中全新世碳同位素组成总体偏重(-20‰～-10‰),晚全新世碳同位素组成偏轻(-25‰左右)。分析表明湖泊沉积物有机质碳同位素组成反映了陆生C₃植物和湖泊内源水生植物变化的关系,末次冰期以来西北干旱区C₄植物不发育,偏重的有机质碳同位素值与C₄植物无关。从沉积物中有机质组分、元素等分析表明,末次冰期时主要以河流相沉积为主,湖泊中有机质主要来源于上游祁连山的陆生C₃植物,有机碳含量较低,表明当时的上游的陆生植被不繁盛,区域气候较干冷;从全新世开始,三角城古湖泊开始形成,沉积物中碳同位素组成偏重的有机质主要来源于湖泊中的沉水植物,此时湖泊水体较大,湖泊生产力较高。而沉积物中有机质碳同位素组成偏轻时期的有机质主要来源于挺水植物、陆生C₃植物,较低的有机碳含量说明该时期陆生植被不发育,气候较干冷,湖泊水体较小     

华南南华纪南沱冰期海洋环境的沉积地球化学记录——来自黔东部南华系南沱组白云岩碳氧同位素和微量元素的证据

新元古代"雪球地球"事件代表地球经历的极端气候条件,对其后的大气和海洋氧化、生物地球化学循环和真核生物的演化都产生了深远的影响。然而同冰期化学沉积岩的缺乏,严重制约了对冰期海洋环境的了解。笔者等在贵州松桃地区一钻孔岩芯南华系南沱组中采集到一套同冰期白云岩,为南沱冰期海洋环境研究提供了理想材料。岩芯中白云岩层位于南沱组下部,夹持于两套杂砾岩、粉砂质泥岩组合中间,厚度1.61 m。偏光显微镜和扫描电镜观察表明岩性为微晶白云岩。采用Delta V Advantage稳定同位素质谱仪分析白云岩的碳、氧同位素,测定结果为:δ~(18)O_(V-PDB)在-16.97‰～-8.37‰之间,δ~(13)C_(V-PDB)在-9.68‰～-8.42‰之间,与冰期前后碳同位素组成对比,δ~(13)C_(V-PDB)具显著低负值特征。电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)微量元素分析结果表明:白云岩样品中铁、锰含量很高,铁含量的平均值约为92867×10~(-6),锰含量的平均值约为10644×10~(-6);Mn/Sr值较大,平均值约为26.89。综合碳、氧同位素的相关性及微量元素特征分析表明,南沱组同冰期白云岩碳同位素组成代表了原始的沉积记录。研究结果表明:①南沱组白云岩的出现反映了南沱冰期海洋中存在着开放的水体,这些开放水体为此时真核生物提供了重要的栖息场所。②南沱冰期海洋处于富铁缺氧的环境,白云岩中碳同位素低负值主要是甲烷厌氧氧化的结果。③同位素质量平衡计算表明,冰期海洋中较高比例的有机质埋藏和极其有限的大气-海洋气体交换导致了大气中氧浓度的升高。     

黄土高原西部地区黄土地层有机质主要来源分析*

黄土有机质的主要来源是决定其稳定碳同位素(δ13Corg.)能否应用于重建过去C3/C4相对丰度变化及相应的古气候变化的关键基础科学问题.如若黄土地层当中的有机质主要由粉尘携带而来,而非当地植被,显然其δ13Corg.不是一个局地植被过去C3/C4相对丰度变化及古气候变化的良好指示器.本文对黄土高原西部地区(六盘山以西)新获得和已发表的相关数据进行综合分析,尝试对该地区黄土有机质的主要来源进行定量的分析.结果表明,总体而言,该地区黄土地层有机质主要来源于当地植被,由粉尘携带而来的有机质贡献量不超过8％,所造成的有机碳同位素变化幅度不超过1.7‰.这些结果说明该地区的黄土地层有机质δ13Corg.是可以用来重建过去C3/C4植物相对丰度及相应的古气候变化的.为了更精确的重建,后续的工作应当更多考虑粉尘搬运过程当中的有机质输入以及粉尘沉积之后的微生物活动的可能潜在影响.     

长江口沉积物碳氮元素地球化学特征及有机质来源分析

根据对长江口水下三角洲上部(CJ16)和口门浅滩(CJ19)柱状样的粒度、总有机碳(TOC)、总氮(TN)和有机碳同位素(δ13C)以及长江口表层样TOC的测定,得出其粒度及碳氮元素特征,利用C/N和δ13C分析有机质来源及不同来源的贡献率。研究结果表明:(1)沉积物中有机碳含量在0.19%～1.17%之间,CJ16柱中有机碳含量比CJ19柱略高;总氮含量均比较少,且变化幅度小;C/N比值在5～17间变化;CJ16柱的δ13C值在24.70‰～22.86‰间变化,CJ19柱为24.88‰～22.37‰,且CJ19柱δ13C值在36 cm以上段较下段明显增大,推测可能与南汇边滩互花米草(C4植物)的引种有关;(2)长江口表层沉积物TOC的含量范围为0.17%～1.16%,平均值为0.52%;(3)粒度特征显示长江口主要以粉砂和粘土为主,砂含量较少,粒度与长江口TN、TOC含量有较好的相关性;(4)C/N和δ13C值的特征均显示该区有机质为陆源和海洋混合,利用C/N比值估算出来自陆源的有机碳比例在CJ16柱约为40%,而在CJ19柱中约为60%;根据δ13C值估算出CJ16柱陆源和海源两种有机质来源几乎是各占一半的比例,CJ19柱来自陆源的有机碳占总有机碳的60%,与用C/N比值法测得的结果较一致。上述结果显示长江口的不同空间位置碳氮元素分布特征不同,沉积记录受到粒度、河口区物源的影响,还受到陆源和海源不同有机质来源输入的影响。     

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。     

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(δ<'13>C<,alk>)及总有机碳同位素(δ<'13><,TOC>)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+C2...     

现代湖泊沉积有机氮同位素与废水氮输入演化

湖泊沉积有机氮同位素组成与有机质的来源有关。沉积有机氮降解过程中一般不发生氮同位素分图1红枫湖现代沉积物有机氮同位素组成变化Ｆｉｇ.1Ｖａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆδ15ＮｏｒｇｗｉｔｈｄｅｐｔｈｓｉｎａｍｏｄｅｒｎｓｅｄｉｍｅｎｔｃｏｒｅｏｆＨｏｎｇｆｅｎｇＬａｋｅ.馏,降解前后有机质氮同位素组成基本相同。由于现代湖泊陆源有机质输入稳定,因此沉积有机氮同位素组成主要取决于水生有机质(水生生物)。而水生生物的氮同位素组成又取决于其同化吸收的ＤＩＮ的氮同位素组成和同化吸收率。受人类活动的影响,湖泊外源ＤＩＮ输入发生了较大的变化,其结果反映在湖泊水体ＤＩＮ负荷和^δ15Ｎ值的变化。随