南海大亚湾珊瑚1977～1998年核试验14C年际变化

通过南海大亚湾珊瑚1977～1998年22个年层样品14C浓度的测定和研究, 估算出气海交换速率和扩散层厚度, 它们分别为17mol@m-2@a-1和32 μm. 珊瑚△14C年际变化主要受控于海洋因素. 在ENSO年, 南海沿岸上升流加强, 珊瑚△14C出现低值. 珊瑚△14C对于太阳辐射能量变化没有明显响应, 20多年来, 在热带能量驱动下, 尽管存在气-海相互作用和上升流活动的年间变化, 但南海总的状况和海洋热结构仍然稳定.     

高寒草甸土壤有机碳储量和CO2通量

选择青藏高原东北隅海北站区的4种高寒草甸土壤进行高分辨率采样, 测定土壤有机碳及其¹⁴C信号; 应用¹⁴C示踪技术探讨高寒草甸土壤有机碳更新周期和CO₂通量. 研究得出海北站高寒草甸生态系统土壤有机碳储量在22.12´104 ~30.75´10⁴ kgC·hm^-2之间, 平均为26.86´10⁴ kgC·hm^-2. 高寒草甸土壤有机碳的更新周期从表层的45~73 a随深度增加到数百年甚至数千年或更长. 高寒草甸生态系统土壤呼吸的CO₂通量变化于103.24~254.93 gC·m^-2·a^-1之间, 平均为191.23 gC·m^-2·a^-1. 土壤有机质分解产生的CO2通量变化于73.3 ~181 gC·m^-2·a^-1之间. 矮嵩草草甸土壤30%以上的有机碳贮存在土壤表层(0~10 cm)的活动碳库中, 土壤有机质更新产生的CO₂占整个剖面有机质更新产生的CO₂通量的72.8%~81.23%. 响应于全球变暖, 青藏高原高寒草甸生态系统土壤有机碳的储量、流量、归宿变化等问题有待进一步研究.     

温暖湿润区铁杉和高山松树轮δ13C的气候意义

详细了解多树种树轮碳同位素组成(δ¹³C)对气候的响应机制是进行古气候重建的基础. 利用川西高原温暖湿润区铁杉和高山松树轮δ¹³C序列, 探讨了气候环境要素对两树种δ¹³C的控制作用及利用该指标进行气候重建的潜力. 结果表明: 铁杉和高山松树轮δ¹³C序列之间存在差异, 其原因可能与树种本身的生理特性有关; 当去除大气CO₂浓度引起的低频影响后, 两树种年轮碳同位素分辨率(Δ¹³C)序列之间的相关程度有所加强, 且呈显著相关关系, 说明气候要素对两树种的(Δ¹³C有类似的控制作用. 温度和水分与两树种(Δ¹³C序列密切相关, 但二者对(Δ¹³C起控制作用的时段和强度因树种的不同而存在差异. 其中, 温度对铁杉(Δ¹³C影响的关键时期为前一年12月至当年2月, 对高山松影响的关键时期为当年4~7月; 水分对铁杉和高山松(Δ¹³C起控制作用的关键时期分别为当年2~4月和3~5月. 可见在温暖湿润区, 树轮碳同位素分馏因树种的不同而不同, 且受多个气候要素共同作用, 但最优多元回归方程的解释方差最大仅38.5%. 因此, 在温暖湿润的川西高原单独利用树轮δ¹³C进行气候要素重建受到一定限制.     

南京葫芦洞石笋δ13C对冰期气候的复杂响应与诊断

文中重建了南京葫芦洞内距今75~10 ka期间7支石笋δ¹³C的时间变化序列, δ¹³C曲线在重叠时段均具有一致性波动形式. 在最后一个冰期/间冰期旋回, δ¹³C值变化幅度达6‰, 反映了C3/C4植被类型变化对δ¹³C的主控作用. 然而, 在末次冰期格陵兰冰心记录的DO暖事件时(千年尺度), δ¹³C与指示降水变化的δ¹⁸O呈反相关, 主要反映了快速渗水条件下洞穴岩溶水对土壤CO₂溶解量的降低. 据同期生长石笋δ¹³C和δ¹⁸O对比分析, 石笋碳同位素动力分馏程度与生长速率有关. 进一步研究发现, 本区末次冰消期植被类型变化滞后于降水变化约700年.     

青藏高原中部错鄂全新世湖泊沉积物年代学研究

对青藏高原中部错鄂湖泊沉积物的¹³⁷Cs和²¹⁰Pb研究表明, Cs在碱性湖泊的沉积物中发生了明显的垂向迁移, 用于确定短尺度年代会带来误差; 利用²¹⁰PbCRS模式可以满足近代测年的需要, 获取不同深度的质量累积速率, 这一累积速率的变化与器测降水资料有很好的一致性, 进一步证明了²¹⁰PbCRS模式对错鄂近代湖泊定年的可靠性. 根据表层沉积物的¹⁴C日历校正年龄, 确定“老碳”影响的绝对年龄, 并假定“老碳”影响是持续、稳定的, 对所获¹⁴C年龄进行了二次校正, 消除了“老碳”对错鄂湖泊沉积物中总有机质和植物残体的¹⁴C结果产生的影响, 同时推断CE-2孔在40~35 cm段存在沉积间断. 根据湖泊沉积物的沉积规律, 建立了错鄂湖泊沉积物¹⁴C年代序列, 在这个年代序列的基础上, 沉积物环境指标对全新世主要气候事件有很好的反映, 从另一方面证明了该年代序列是可靠的.     

北京东灵山三种温带森林生态系统的碳循环

通过对北京山地白桦林、辽东栎林和油松林的植被、地表凋落物和土壤碳储量, 生物量净增量和凋落物量, 以及植被和土壤呼吸的实际观测, 构建了北京山地三种温带森林生态系统的碳循环模式. 结果表明, 北京山地温带森林总碳密度在250~300 t C·hm^-2之间, 其中植被碳密度为35~54 t C·hm^-2, 土壤碳密度(深度为1 m, 包括地表凋落物)为209~244 t C·hm^-2. 三种森林的植被生物量都处于增加之中, 净增量为1.33~3.55 t C·hm^-2·a^-1. 凋落物量为1.63~2.34 t C·hm^-2·a^-1, 群落植被呼吸量为2.19~6.93 t C·hm^-2·a^-1, 土壤异养呼吸量为1.81~3.49 t C·hm^-2·a^-1. 生态系统的总初级生产力介于5.39~12.82 t C·hm^-2·a^-1之间, 其中约一半(46%~59%)转变为净初级生产力(3.20~5.89 t C·hm^-2·a^-1). 碳平衡分析表明, 在研究时段(1992~ 1994)内, 人工油松林是一个较大的碳汇(4.08 t C·hm^-2·a^-1), 而次生的白桦林和辽东栎林与大气之间的CO₂交换基本处于平衡状态.     

中国北方黄土区C-3草本植物碳同位素组成研究

对生长在我国北方黄土区的367个C-3草本植物样品进行了碳同位素分析, 结果表明我国北方黄土区C-3草本植物δ ¹³C值分布区间为-21.7‰ ~ -30.0‰, 平均值为-26.7‰; 黄土高原中部半湿润区的C-3草本植物δ ¹³C值分布集中, 在-24.4‰ ~ -28.5‰之间, 平均值为-27.5‰; 而黄土高原西部边缘的半干旱-干旱气候区的C-3植物δ ¹³C值变化范围在-21.7‰ ~ -30.0‰, 平均值为-26.2‰; C-3植物的δ ¹³C值在黄土高原中部的半湿润气候区比黄土高原西部边缘半干旱-干旱气候区显著偏轻. 年降雨量是造成这种显著偏轻的主要原因, C-3植物的碳同位素组成随着年降雨量的减少而变重, 在我国北方黄土区年降雨量每增加100 mm, C-3植被 δ ¹³C平均值将偏负约0.49‰左右.     

太平洋Fe-Mn结壳He, Ne, Ar同位素特征与来源

对太平洋海山Fe-Mn结壳最表层样品的稀有气体同位素丰度与组成测定发现, Fe-Mn结壳稀有气体存在如下特征: ① He, Ar同位素丰度与组成存在明显的分组现象, 分别命名为低³He/⁴He型和高³He/⁴He型; ②低³He/⁴He型样品⁴He丰度高(平均为191×10^-9 cm³·STP·g^-1), ⁴He, ²⁰Ne和⁴⁰Ar丰度变化范围大(分别为42.8×10^-9~421×10^-9, 5.40×10^-9~141×10^-9和773×10^-9~ 10976×10^-9 cm³·STP·g^-1); 高³He/⁴He型样品⁴He丰度低(平均为11.7×10^-9 cm³·STP·g^-1), ⁴He, ²⁰Ne和⁴⁰Ar丰度变化范围小(分别为7.57×10^-9~17.4×10^-9, 10.4×10^-9~25.5×10^-9和5354×10^-9~9050×10^-9 cm³·STP·g^-1); ③低³He/⁴He型样品³He/⁴He比值(R/R_A=2.04~2.92)远低于MORB值(R/R_A=8±1), ⁴⁰Ar/³⁶Ar比值(447~543)明显较大气值(295.5)高; 高³He/⁴He型样品³He/⁴He比值(R/R_A=10.4~12.0)略高于MORB值(R/R_A=8±1), ⁴⁰Ar/³⁶Ar比值(293~299)接近大气值; ④所有样品的Ne同位素组成(²⁰Ne/²²Ne和²¹Ne/²²Ne比值分别为10.3~10.9和0.02774~0.03039)与³⁸Ar/³⁶Ar比值(0.1886~0.1963)变化都很小, 无明显分组, 且与大气相应值(³⁸Ar/³⁶Ar, ²⁰Ne/²²Ne, ²¹Ne/²²Ne比值分别为0.187, 9.80和0.029)接近. 样品的稀有气体组成与区域不均一性表明, 稀有气体主要来自下地幔, 低³He/⁴He型与高³He/⁴He型样品的稀有气体同位素组成分别类似于HIMU型和EM型富集地幔特征. 具有HIMU型稀有气体同位素组成特征的低³He/⁴He型结壳产出于麦哲伦海山、马尔库斯-威克海岭、马绍尔海山链和中太平洋海山, 具有EM型稀有气体同位素组成特征的高³He/⁴He型结壳产出于莱恩群岛海山链, 可能暗示了麦哲伦海山、马尔库斯-威克海岭、马绍尔海山链和中太平洋海山起源于HIMU型下地幔源区, 莱恩群岛海山链起源于EM型下地幔源区, 这与海山基底玄武岩研究得到的结果相吻合. 源区性质的差异是Fe-Mn结壳稀有气体明显分组的根本原因, 地幔脱气作用使得样品的稀有气体核素丰度同步降低, 而源区放射性成因核素的积累对Fe-Mn结壳稀有气体核素丰度和同位素比值的影响甚微.     

从相位差探讨更新世东亚季风的驱动机制

南海南部ODP1143站和北部ODP1144站的深海有孔虫氧碳同位素、蛋白石和孢粉记录第一次揭示了更新世轨道尺度上东亚季风演变与轨道驱动及全球冰量变化的关系. 1143站和1144站的Globigerinoides. ruber δ¹³C、蛋白石百分含量、松类花粉(Pinus)和草本花粉的百分含量均表现出很强的偏心率、斜率和岁差周期. 1143站的G. ruber δ¹³C与地球轨道参数(ETP = 正交化的偏心率+正交化的斜率-正交化的岁差)在偏心率、斜率和岁差周期上都相关, 然而大部分的相关关系都集中在岁差周期上; 其他的季风替代性指标与ETP只在岁差周期上相关. 这说明更新世热带地区的气候变化主要受地球轨道的岁差控制. 东亚季风替代性指标与有孔虫δ¹⁸O曲线的对比以及它们之间的交叉频谱分析表明, 更新世全球冰量变化对东亚季风至少是东亚冬季风产生了重大的影响, 这与印度季风的驱动机制显然不同. 东亚季风, 至少是东亚冬季风在岁差周期上的演化, 部分地受控于地表的感热对太阳辐射的响应, 也受控于南海表层海水的潜热对太阳辐射的响应.     

长江中下游(武汉-河口段)底床沙波型态及其动力机制

用旁侧声纳、浅地层剖面仪, 多普勒流速仪(ADP), 对长江中下游(武汉到河口段)河床进行了走航式的勘测工作, 获得了底床沙波形态的空间分布数据. 根据波高参数可将底床沙波分成4类(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ和Ⅳ), 并剖析了与水面坡降-过水面积的关系. 据沙波分布特征, 并结合100个断面沉积物采集数据, 以及水文实测和模拟参数, 可将河床分为5段(A, B, C, D和E段). A河段属中游蛇曲河型向下游分汊河型过渡, 受到下游B段—黄石基岩河床的影响, 堆积搬运明显, 大型沙波发育, 不对称性强; 基岩控制的B河段上方, 沙波由小变大, 但随着向下游能量释放, 迅速变小, 床底呈明显的冲刷搬运的特点. C河段是本区典型的分汊河型, 曲率高, 心滩发育. 随着上游能量的释放, 床底堆积搬运显著, 大型复合沙波发育, 波长可达150~260 m以上, 波高5~7 m, 上覆小型沙波, 反映季节性搬运的特点. D河段的沙波总体规模小于A~C, 对称性指数变小, 床底呈较弱堆积搬运特点, 并逐渐演变至河口区E段的、以小型沙波为主的河床; 受双向流的影响沙波对称性强. 研究还揭示了本区大型沙波多出现在水面坡降为0.2×10^-5~2.0×10^-5和过水面积为10×10³~35×10³ m²的河床区间, 底床沉积物多为中沙. 沿程模拟流速(流量为60000 m3·s^-1下)表明形成A, B河段大沙波的流速需要2~3 m·s^-1以上, 而下游C, D河段则只需要1.2~2.0 m·s^-1. 研究成果为流域管理和环境工程研究提供了依据.     

贾湖遗址人骨的稳定同位素分析

古代人类食谱研究是生物考古的重要组成部分, 也是当前国际科技考古领域的研究前沿. 利用稳定同位素分析方法, 尝试揭示贾湖遗址先民的食物结构以及生活方式的变化. 人骨的骨胶原含量、C含量以及N含量, 尤其是骨胶原C/N摩尔比的分析表明, 28个样品中13个已经受到埋藏环境的污染, 不能用作食谱分析. 其余样品骨胶原的δ ¹³C((-20.37±0.53)‰), 表明先民主要以C₃类作为食物来源. 根据骨胶原中δ¹³C和δ ¹⁵N的不同，先民的食谱可划分为4类. 两者相关性的缺乏, 当与该遗址以农耕经济为主有关. 骨胶原δ¹⁵N和羟磷灰石δ¹³C纵贯整个文化段的变化, 反映了先民从狩猎转向采集、捕捞直至发展稻作农业和家畜饲养的改变. 而羟磷灰石中δ ¹⁸O则无明显变化, 揭示了该遗址气候较为稳定.     

运用228Ra-NO-3法测定南沙海域的新生产力

运用MnO₂纤维富集-²²⁸Ac b计数法测定了南沙海域两个测站3个时间点水柱的²²⁸Ra比活度, 得其值介于0.38至 3.60 Bq×m^-3. 发现²²⁸Ra的分布能满足稳态条件. 采用一维稳态模型, 以²²⁸Ra-NO^- ₃法测得测站NS97-43, NS99-53(T₁)和NS99-53(T₂)的新生产力分别为4.4, 5.1和5.7 mmolC·m^-2·d^-1. 结合初级生产力的文献报道值, 计算得南沙海域的f比介于0.12~0.15.     

多变量线性回归的平均值概念及其在地学研究中的应用

文章以实例阐述了多变量一元线性回归计算中的“平均值概念”. 作者根据“平均值概念”, 利用珊瑚δ¹⁸O比值重建了最近90年西沙表层海水盐度的变化历史,并运用洛川黄土¹⁰Be记录示踪了最近80 ka全球性的古地磁漂移事件, 从而阐明了“平均值概念”在地学数据分析中的重要意义及应用前景.     

中国近海域际水、热、盐输运: 全球变网格 模式结果

建立了一个全球大洋变网格环流数值模式, 中国近海的分辨率为1/6°.由模式得出了通过南海和东海开边界的体积、热、盐输运的各月和全年平均值. 所得结果与已有的基于观测所得的体积输运估计值有良好一致性. 结果显示, 通过南海加入印尼贯穿流的体积、热、盐输运值为5.3 Sv, 0.57 PW和184 Gg·s^-1, 约占印尼贯穿流的1/4, 表明南海是太平洋到印度洋贯穿流的重要通道之一. 东海的黑潮输运值各为25.6 Sv, 2.32 PW和894 Gg·s^-1, 其中不到1/4通过西表岛与冲绳岛之间的水道. 热平衡计算表明, 南海从太阳和大气获得净热通量, 其值为0.08 PW; 而大气则从渤黄东海获得净热通量, 其值为0.05 PW.     

华北北部下地壳的流变学特征——河北汉诺坝下地壳包体提供的信息

由玄武岩浆快速带到地表的下地壳包体可以提供有关下地壳的直接信息. 通过对华北汉诺坝玄武岩中下地壳麻粒岩相包体的详细研究探讨该地区下地壳的流变学特征. 采用适宜于麻粒岩包体的温压计计算其平衡温度和压力: 平衡温度在750~900℃之间, 平衡压力在0.8~1.2 GPa之间, 对应的来源深度为28~42 km之间. 这些数据补充和完善了原先所建立的下地壳-上地幔地温线. 采用动态重结晶颗粒粒度应力计计算出包体在下地壳条件下发生变形时的差异应力为14~20 MPa. 在综合对比了当前常用的下地壳岩石高温流变律, 认为Wilks等(1990)提出的麻粒岩流变律符合本区下地壳包体的流变特征, 由此计算的下地壳应变速率为10^-13~10^-11 s^-1, 高于该区上地幔的应变速率(10^-17~10^-13 s^-1); 其对应的等效黏滞度为10¹⁷~10¹⁹ Pa·s, 低于上地幔的等效黏滞度. 由所获数据做出的研究区下地壳流变学剖面表明, 差异应力随深度而变化的趋势不明显, 随深度增加应变速率变大而等效黏滞度变小. 研究结果支持软弱下地壳的观点.     

长江口崇明东滩沉积物反硝化作用研究

选择长江河口崇明岛东部潮滩为典型研究区域, 从2003年7月到2004年7月在崇明东滩(CM)进行了隔月采样, 研究表明水体自身N₂O产生速率很低, 沉积物是上覆水体N₂O的来源, 沉积物中N₂O产生速率在-0.08~1.74 mmolN·m^-2·h^-1之间, 夏季是N₂O产生速率较高的季节. 不同潮滩部位N₂O产生速率的差异, 以及N₂O产生速率与反硝化速率、温度、溶解氧的相关关系表明中潮滩(CM-2)沉积物反硝化作用可能是N₂O的主要产生源, 低潮滩(CM-3)沉积物中N₂O来源于氮素循环的多个反应过程. 冬季和夏季是潮滩沉积物反硝化作用较强的季节, 晚秋(11月)、初春(3月)反硝化速率相对较低, 潮滩沉积物反硝化速率季节变化较大(1.12~34.09 mmolN·m^-2·h^-1). 温度、溶解氧以及二者的共同作用是影响潮滩沉积物反硝化作用进行的显著因素.     

湖泊现代沉积物碳环境记录研究

通过对云南程海现代沉积物的精细采样和分析, 研究了湖泊沉积物中有机碳与无机碳含量阶段性的正相关和负相关变化. 结果表明, 温度及其引起的相关变化是控制沉积物无机碳含量、碳酸盐δ ¹³C和有机碳含量变化关系的主要因素. 当温度及其引起的光合作用强度变化对湖泊自生碳酸钙沉淀起主导作用时, 沉积物有机碳含量与无机碳含量及碳酸盐δ ¹³C呈正相关变化; 当温度及其引起的蒸发速率等其他物理化学因素变化对湖泊自生碳酸钙沉淀起主导作用时, 沉积物有机碳含量与无机碳含量及碳酸盐δ ¹³C呈负相关变化. 程海沉积物无机碳含量和碳酸盐δ ¹³C是湖区气候冷暖变化的良好代用指标.     

丘陵草坡土壤10Be分布特征及土壤生成速率

以位于广东省境内的中国科学院鹤山丘陵综合试验站草坡集水区土壤剖面为对象, 对土壤样品进行了大气成因¹⁰Be测定, 对基岩以及风化岩石样品进行了就地(in-situ)宇宙成因¹⁰Be测定. 基于土壤层大气成因¹⁰Be测定, 参考土壤层底界¹⁴C表观年龄, 估算出草坡地区3800年以来大约有34%的成土物质被侵蚀掉; 基于风化岩石间隙土大气成因¹⁰Be测定, 估算得到基岩之上90 cm厚的风化岩石层至少经历了1.36 Ma, 平均侵蚀速率约为1.26×10^-4 cm/a. 表面风化岩石和基岩就地成因¹⁰Be浓度分别为10.7×10⁴ atoms/g和 8.31×10⁴ atoms/g, 据此估算得到: 土壤生成速率为8.8×10^-4 cm/a; 表层风化岩石以及基岩宇宙射线暴露时间分别约为7.2×10⁴和2.3×10⁵a. 土壤生成速率大于侵蚀速率, 自然地貌状况稳定.     

青藏高原冰芯过去100年δ18O记录与温度变化

以羌塘高原普若岗日冰原钻取的213 m冰芯中记录为基础, 研究了过去100年来δ¹⁸O变化所反映的这一地区的温度变化. 结合已获取的青藏高原南部的达索普冰芯、西北部的古里雅冰芯和东北部的敦德冰芯, 综合研究了青藏高原温度变化的区域差异. 结果表明, 青藏高原不同地区冰芯中δ¹⁸O变化各有特点, 特别是南、北差异和东、西差异十分明显. 但4根冰芯记录均反映出过去100年来δ¹⁸O增加的趋势, 说明过去100年来青藏高原在不断变暖. 将δ¹⁸O记录所反映的青藏高原温度变化、青藏高原气象记录的温度变化同北半球温度变化比较研究发现, 这些记录所反映的过去100年总体变暖趋势是一致的.     

湘黔下寒武统铂族元素来源与矿化年龄的Re-Os同位素制约

华南下寒武统黑色岩系底部页岩层富含有色金属、贵金属、稀有元素、分散元素和放射性元素, 称“多元素富集层”. 为了厘定其中贵金属的来源和矿化年龄, 对黔北中南村、湘西柑子坪和三岔采集的6件样品进行了Re和Os含量及同位素测定. Re-Os基本呈正消长关系. ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os-¹⁸⁷Re/¹⁸⁸Os相关系数为0.99856, 在¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os-¹⁸⁷Re/¹⁸⁸Os协变图上, 6个点均匀分布, 与542±11 Ma拟合等时线高度吻合, ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os初始值为0.84 ± 0.12. 结果表明, Re和Os等元素的定位年龄为542±11 Ma, 与其所在地层的地层学年龄一致; 湘黔地区“多元素富集层”的形成具有高度的等时性; 同一地区“多元素富集层”中不同物质在形成时间上的差异没有超出Re-Os年龄拟合所允许的误差范围; 黑色岩系成岩期显微脉体的形成与“多元素富集层”的形成没有明显的时间间隔或没有造成Re-Os同位素组成的明显变化; 玄武岩质地壳可能是湘黔地区下寒武统“多元素富集层”中Re和Os以及其他铂族元素和微量元素的最主要供给源.