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.     

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.     

珠穆朗玛峰东绒布80.36 m冰芯δ 18O记录的气候意义

珠穆朗玛峰东绒布80.36 m冰芯δ ¹⁸O记录与喜马拉雅山南、北坡气象资料和北半球气温变化之间的关系表明, 该冰芯δ ¹⁸O基本上不反映年际温度的变化, 但冰芯δ ¹⁸O与净积累量具有负相关关系, 这是该地区夏季降水(占全年降水量的80%以上)中δ ¹⁸O“降水量效应”的一种具体表现. 东绒布冰芯δ ¹⁸O的变化可作为印度季风活动强弱变化的替代指标. 在季风活动强盛阶段, 冰芯中δ ¹⁸O平均值较低; 在季风活动衰弱阶段, 冰芯中δ ¹⁸O平均值较高.     

慕士塔格地区夏季降水中δ18O与温度及水汽输送的关系

根据在慕士塔格地区2002年和2003年连续两次实施的降水水样收集和气象要素观测, 分析了该地区降水中δ¹⁸O与温度的关系, 揭示了降水中δ¹⁸O变化特征, 讨论了水汽输送对降水中δ¹⁸O变化的影响. 研究结果表明, 慕士塔格地区夏季历次降水中δ¹⁸O与温度具有一定的正相关关系, 温度是控制该地区降水中δ¹⁸O变化的主导因素; 与邻近地区相似, 夏季降水中δ¹⁸O也表现为高值. 据水汽追踪的结果, 该地区夏季降水与西风环流和局地环流的水汽输送有密切的关系; 而水汽输送距离的远近、水汽输送厚度以及极地气团的南侵对该地区降水中δ¹⁸O变化都有一定的影响. 不同水汽来源及输送方式是影响该地区降水δ¹⁸O变化的另一要素.     

慕士塔格冰川地区降水中δ18O的时空变化特征

根据2002年6~8月和2003年5~8月期间在慕士塔格冰川西坡收集的降水样品, 探讨了该区降水中δ¹⁸O的时空变化特征. 分析结果表明, 观测期间降水中δ¹⁸O具有较大的变幅, 可达20‰左右, 其值随时间的变化趋势和气温的变化趋势基本一致. 该区降水中δ¹⁸O与温度存在正相关关系, 但与降水量无关. 在海拔5500~7450 m的范围内, 稳定同位素比率的高程效应显著. 降水中δ¹⁸O随海拔而垂直变化的梯度值接近-0.40‰/100 m. 综合目前山地高海拔区的降水中δ¹⁸O资料, 初步建立了全球山地高海拔区(>5000 m)降水中δ¹⁸O和海拔的关系.     

210Pbex沉积通量突发增大对湖泊生产力的指示

²¹⁰Pb沉积计年的基本假设是大气沉降并经由湖水转入沉积物的²¹⁰Pb_ex 通量稳定. 当沉积速率相对稳定时, 沉积物中²¹⁰Pb_ex 的比活度将随沉积年代呈指数衰减. 湖泊水体中的²¹⁰Pb_ex 主要随有机微粒的沉降而进入沉积物. 如果湖泊水体中有机质沉积通量出现突发增大时, 则可能显著地增大²¹⁰Pb_ex 被清洗而转入沉积物的通量. 这种突发性清洗效应, 一方面显然不符合²¹⁰Pb沉积计年的基本前提; 另一方面可能指示湖泊水体初级生产力的明显变化. 根据云南程海近代沉积物²¹⁰Pb_ex 垂直剖面的特殊变化, 对这一问题进行讨论. 沉积物柱芯于1997年6月采自程海深水湖区. ¹³⁷Cs比活度垂直剖面呈现出3峰特征, 给出了可靠的计年结果并显示出近几十年间沉积物堆积的稳定性. 而²¹⁰Pb_ex 比活度垂直剖面呈现出特异的峰值分布, 并与Corg垂直剖面相似. 这一现象可能与制约²¹⁰Pb_ex 转入沉积物的机制有关. 程海沉积物中H_org/C_org和C_org/N_org原子比平均值分别为5.51和7.04, 表明其有机质主要源于内生藻类残骸. 根据沉积物有机质“沉降-降解-堆积”的3阶段特征, 模拟计算出1970年以来有机碳C_org的沉积通量(F(C_org)). 不同年代²¹⁰Pb_ex 的沉积通量(F(²¹⁰Pb_ex ))与F(C_org)显示出很好的同步关系. 特别是1972～1974年和1986～1989年的两个时段, 二者同步增大. F(C_org)的变化导致F(²¹⁰Pb_ex )的变化; F (²¹⁰Pb_ex)的变化在一定程度上反映出湖泊生产力的历史变化.     

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.     

中国北方黄土区C4植物稳定碳同位素组成的研究

通过对中国北方黄土区C₄植物稳定碳同位素(δ ¹³C)的系统分析, 发现C₄植物δ ¹³C值分布区间为-10.5‰ ~ -14.6‰, 其平均值为-12.6‰ ± 0.82‰; C₄植物δ ¹³C组成有随年降雨量减少, 即从半湿润区到半干旱区, 再到干旱区微微变轻的趋势; C₄植物的稳定碳同位素组成雨季比旱季偏重. 以上变化趋势都与C₃植物稳定碳同位素变化趋势相反.     

重庆新崖洞XY2石笋δ18O记录的57~70 ka BP古气候变化及其对D-O和H事件的反映

重庆新崖洞XY2石笋57~70 ka BP之间的高分辨率δ¹⁸O记录在相当于冰芯记录中的D-O 18暖事件时期, 复现了冰芯记录中的“缓慢变冷, 快速变暖”的气候转换特征. δ¹⁸O在59和64 ka BP分别有极小值, 反映气候相对暖湿, 夏季风较强; 而在60 ka BP有极大值, 夏季风较弱. 它们分别对应于北半球高纬度记录中的Dansgaard-Oeschger(D-O)17至18暖事件以及Heinrich 6(H6)冷事件. 这与葫芦洞(Hulu)MSL石笋的记录相当一致, 但是两者与董歌洞(Dongge)D4石笋的记录差异较大. 这说明石笋δ¹⁸O记录在反映夏季风变化时, 空间上既有相似之处, 又有明显差别. 要取得中国东部夏季风变化的整个格局, 多地点多记录的研究工作是十分必要的. 此外与深海氧同位素记录不同的是, 高分辨率石笋δ¹⁸O记录均显示在MOIS4的最冷时期(64~65 ka BP)中国东部地区的气候对应于D-O18暖事件, 说明海陆相的气候变化是有差异的.     

Cascadia边缘与天然气水合物共生沉积物中有机质碳、氮同位素组成及意义

Hydrate Ridge南高点ODP204航次5个站位54个沉积物样品中有机碳C, N同位素组成及C/N比值表明沉积物中的有机质主要来自海洋. 对1245B孔的系统分析表明天然气水合物的发育改变了沉积物中有机碳和氮同位素的成岩演化轨迹, 水合物发育处δ¹⁵N值和C/N比值同时变低, 且δ¹³C值相对较重; 在水合物稳定带内δ¹⁵N值的亏损将近2‰. 水合物发育处沉积物中氮含量的增加和δ¹⁵N值的亏损, 推断可能与天然气水合物发育处沉积物中细菌(包括古细菌)的固氮作用有关. 沉积物中有机质中碳、氮同位素的分布与沉积环境的变化同步响应, 同时亦反映流体活动的变化.     

东太平洋沉积物中粘土组分的REEs和εNd: 粘土来源的证据

对东太平洋中国多金属结核调查区表层非钙质沉积物中的粘土组分进行了粘土矿物、稀土元素(REEs)及钕(Nd)同位素测定. 结果表明, M/I(蒙脱石/伊利石比值)、ΣREE(稀土总量)、LREE/HREE (轻重稀土比值)及δ Ce(铈异常值)能够有效指示粘土矿物的成因. 当粘土组分的M/I>1, δ Ce<0.85, ΣREE> 400 μg/g, LREE/HREE≈4, REEs配分模式与深海沉积物相似时, 表明粘土组分中含有较多的自生蒙脱石, 为陆源-自生混成粘土组分; 当粘土组分M/I<1, δCe = 0.86~1.5, ΣREE = 200~350 mg/g, LREE/HREE≈6, REEs配分模式与中国大陆黄土相似时, 为陆源粘土组分. 粘土组分的ε_Nd值(或¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd比值)能够示踪陆源粘土矿物的源区. 根据ε_Nd值将粘土组分分为4种类型:Ⅰ型粘土组分, ε_Nd = &#8722;8~&#8722;6, 陆源粘土矿物主要来自北美河流物质;Ⅱ型粘土组分, ε_Nd = &#8722;9~&#8722;7, 陆源粘土矿物主要来自东亚大陆和北美河流沉积; Ⅲ型粘土组分, ε_Nd=&#8722;6~&#8722;3, 陆源粘土矿物来自中东太平洋火山岛屿和东亚大陆; Ⅳ型陆源粘土, ε_Nd=&#8722;13~&#8722;12, 陆源粘土矿物来自东亚大陆来源的风成物质. 陆源-自生混成粘土组分呈斑点状分布, 反映了东太平洋板块内存在火山或热点活动. 陆源粘土组分大面积分布, 表明东太平洋海底粘土矿物主要来自陆源.     

藏北措勤盆地早白垩世Aptian-Albian浅水碳酸盐岩碳同位素组成及其意义

藏北措勤盆地早白垩世Aptian-Albian台地型浅水碳酸盐岩的δ ¹³C值分布于2.48‰~5.46‰之间, 平均值为3.93‰. 不仅具有正偏移特征, 而且比具有较高δ ¹³C值的同期深水碳酸盐岩的δ ¹³C值还平均偏高1.17‰. 研究表明其成因为, 首先在全球大洋缺氧事件背景下, 有机质的高速埋藏使海洋总溶解碳库中δ ¹³C值升高, 致使所有海相碳酸盐岩的δ ¹³C值普遍升高; 然后在具有分层结构的古海洋中因经历不同的碳同位素分馏作用而造成浅水碳酸盐岩的δ ¹³C值明显高于深水碳酸盐岩的该值.     

博斯腾湖表层沉积物无机碳及其稳定同位素空间异质性

2012年8月,在新疆博斯腾湖13个站点进行表层沉积物采集,分析无机碳及其碳、氧稳定同位素的含量和空间分布特征,探讨该湖表层沉积物无机碳(TIC)的空间变化影响因素.结果表明:2012年,博斯腾湖表层沉积物TIC含量平均值为5.5%,变幅为3.8%~9.8%,而δ13Ccarb和δ18Ocarb平均值分别为0.71‰和-4.4‰,范围为-0.23‰~2.27‰和-5.53‰~-2.55‰.从空间来看,湖泊北岸TIC值明显高于南岸,最高值出现在湖泊西北部的黄水沟水域,而河口区和湖心区最低.总体上,博斯腾湖表层沉积物TIC主要是湖泊自生的,其空间分布主要受开都河、黄水沟等入湖河水的影响,导致水体矿化度和营养盐的空间差异,进而影响了碳酸盐的析出与沉淀.另外,湖泊局部的水动力条件也影响TIC的保存与分布.δ13Ccarb与δ18Ocarb的极显著正相关说明近几年博斯腾湖封闭程度较好,尤其是东部大湖区,属于封闭环境碳酸盐沉淀.     

在-170℃盐溶液阴离子拉曼特征及浓度定量分析

在-170℃条件下拉曼光谱仪测试盐水溶液的实验表明, 拉曼光谱中位移波数很近的阴离子如 和 拉曼峰峰尖清晰且通过剥离技术可恢复拉曼峰原形, 冰的特征峰(3090~3109 cm^-1)尖锐稳定, 单个阴离子Cl^-与水络合成的稳定络合基团(nCl^--[H⁺-OH^-]n)的拉曼特征峰拉曼位移是3401~3413 cm^-1. 实验同时表明随着阴离子浓度的增大, 阴离子拉曼特征峰强度增强, 而冰的拉曼特征峰强度减弱. 根据大量的实验数据, 总结出了在-170℃条件下阴离子拉曼峰半高峰面积与冰拉曼峰半高峰面积比值(Si/ )和阴离子摩尔浓度的相关性曲线模板. 这一实验成果和模板在塔里木盆地志留系砂岩成岩流体包裹体成份分析中得到了成功的应用.     

沼泽沉积环境中植物和沉积脂类单体碳同位素组成特征及其成因关系研究

为了认识沼泽典型沉积环境中沉积脂类与生物脂类碳同位素的内在联系, 应用GC-IRMS碳同位素分析新技术, 对若尔盖沼泽草本植物、木本植物叶和沉积物中单体脂类碳同位素进行了测定. 结果表明, 不同类型植物之间的正构烷烃碳同位素组成存在着明显的差别, 草本植物的δ¹³C值(&#8722;32.2‰~&#8722;36.9‰)要比木本植物叶类的(&#8722;27.2‰~&#8722;35.0‰)平均低3.3‰. 植物中脂肪酸碳同位素组成(&#8722;30.3‰~&#8722;36.2‰)与正构烷烃的类似, 并且不饱和脂肪酸的δ¹³C值分布在饱和脂肪酸δ¹³C值范围之内. 植物脂类之间的碳同位素组成变化较大, 范围为2.4‰~7.8‰. 沼泽沉积脂类碳同位素组成与生物脂类的密切相关, 沉积物中正构烷烃、≥C₁₆脂肪酸、正构脂肪醇、甾醇和α-正构脂肪酮碳同位素组成(&#8722;27.0‰~&#8722;36.9‰)类似于植物脂类, 并且短链和长链沉积脂类碳同位素组成较为相似, 说明它们都来自高等植物; 只有沉积C_14:0和C_15:0脂肪酸碳同位素组成比植物中同碳数的轻, 反映了它们部分细菌成因的特征.     

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.     

乌梁素海悬浮颗粒物和沉积物有机碳同位素特征及来源

悬浮颗粒物和沉积物是湖泊有机污染物的主要承载物质,其稳定同位素研究对有效识别有机质污染导致的湖泊富营养化具有重要意义.本研究选取乌梁素海为研究区,于2019年4月（融冰期）、7月（夏灌期）和10月（秋灌期）对湖区及入湖渠道的表层沉积物和悬浮颗粒物中有机碳的δ¹³C、C/N比及总有机碳（TOC、POC）和总氮（TON、PON）含量进行测定分析,联合采用δ¹³C、C/N及同位素多元混合模型研究湖泊有机碳来源及其贡献率.结果表明,乌梁素海悬浮颗粒物有机碳δ¹³C_POC的变化范围为-23.29‰~-29.75‰,呈现10月>4月>7月、入湖渠道>湖区的趋势,悬浮颗粒物POC/PON比变化范围为4.10~21.35,呈现出4月<7月<10月的时间变化,悬浮颗粒有机质主要来源于浮游植物（51.59%）、入湖渠道泥沙（34.60%）和大型水生植物（13.76%）.沉积物有机碳δ¹³C_TOC变化范围为-27.58‰~-22.68‰,呈现4月<10月<7月的变化,沉积物TOC/TON比变化范围为3.06~23.77,时空变化明显,沉积物有机质则主要源于入湖渠道挟带的泥沙,贡献达72.79%以上,而浮游植物与大型水生植物的贡献率相差较小,分别为11.85%和15.36%.本研究可以初步判定受入湖渠道影响的富营养化湖泊中悬浮颗粒物和沉积物有机碳来源,为改善湖泊有机污染和研究有机碳来源提供更多理解.     

南沙海区生物单体脂类碳同位素研究

应用GC-IRMS碳同位素分析技术, 对南沙海区典型生物的单体脂类碳同位素进行了测定. 饱和脂肪酸碳同位素δ ¹³C值分布在-25.6‰~-29.7‰之间, 其平均值在不同类型生物中为-26.4‰~-28.2‰, 差值仅为1.8‰. 不饱和脂肪酸具有较重的碳同位素组成, 与同碳数饱和脂肪酸的δ ¹³C值平均相差2.9‰~6.8‰. 正构烷烃碳同位素组成为-27.5‰~-29.7‰, 不同生物之间平均值极为接近, 为-28.6‰~-28.9‰. 饱和脂肪酸和正构烷烃平均δ ¹³C值只相差1.5‰, 表明它们具有相似的生物合成途径. 不同碳数脂类碳同位素δ ¹³C值差异大都在±2.0‰之间, 反映了它们经过碳链拉长的生物合成特征. 同时, 将这些生物单体脂类碳同位素与该海区沉积脂类的进行对比研究, 建立了生物与沉积脂类的碳同位素成因关系, 为脂类碳同位素应用研究提供了科学依据.     

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.     

烃源岩生烃演化过程TOC值的演变及其控制因素

采用地质观察、实验模拟和数值模拟三者相结合的方法, 研究了烃源岩有机质丰度变化的控制因素. 由有机碳(TOC%)的损失率DTOC = (TOC⁰-TOC)/TOC⁰(岩石原始有机碳)来衡量地史过程中烃源岩有机碳含量的变化时, 其变化的幅度和方向取决于源岩中有机部分和无机部分的损耗量及相对大小. 根据物质平衡关系分析导出了烃源岩成熟作用过程有机碳损失率DTOC的计算公式. 当岩石类型和成熟演化历史一定时, TOC变化只与生排烃效率有关. 在地质体的实际生排烃效率下, DTOC值一般变化在-0.05~ 0.2之间, 计算的有机碳恢复系数k值仅0.90~1.25; 只有在生排烃效率极高的理想情形下, DTOC值的变化才是显著的, k值可高达2.5. 因此, 基于有机质原始丰度恢复的碳酸盐岩烃源岩评价方法, 可能过分强调了“减碳”的进程, 很多情形下会美化原本比较差的烃源岩.