恢复地史时期大气CO2浓度的新指标: 苔藓植物化石

在中国已知最好的苔藓植物化石产地之一河北蔚县, 采集了大量中侏罗世的苔藓植物化石, 选取了3种保存较好的数十块苔类植物化石进行实验室分析处理, 测定了它们的碳同位素组成, 并计算出Δ13C, 运用国际学术界古大气CO₂浓度的最新研究成果, 即通过地质学、植物学、植物生理学、地球化学和概率统计学的多学科交叉研究, 利用苔藓植物化石有机碳同位素判别这一全新指标和重建古大气二氧化碳的模型——BRYOCARB, 恢复出中侏罗世的古大气CO₂浓度约为705(BRYOCARB_NP)或566(BRYOCARB_P)μmol/mol, 结果表明苔藓植物化石是恢复地质历史时期大气CO₂浓度变化的有效新指标.      

长链烯酮在古大气二氧化碳分压重建的应用

大气二氧化碳浓度的变化与全球冰盖变化、温度、海平面变化密切相关,了解过去大气二氧化碳浓度的变化及对二氧化碳与气候之间关系的研究,是预测未来气候变化的重要手段。长链烯酮碳同位素是重建古大气二氧化碳分压(p CO2)的重要指标之一,广泛应用于新生代以来大气二氧化碳的重建。对长链烯酮重建大气二氧化碳的方法进行了综述,介绍了颗石藻长链烯酮的地球化学性质,回顾了二氧化碳被动扩散模型的发展、长链烯酮重建二氧化碳的指标的发展及其不确定性,颗石藻的碳浓缩机制以及新生代以来长链烯酮重建大气二氧化碳的地质记录。     

黄土沉积物中碳酸盐同位素组成的研究方法

利用逐段加热法获得的黄土沉积物中碳酸盐的碳、氧同位素组成表明，黄土沉积物中的碳酸盐是不同来源和成因的碳酸盐的混合物。不同来源和成因的碳酸盐具有不同的碳、氧同位素组成，其示踪意义也不同，７００～８００℃的δ１３Ｃ比用磷酸法获得的δ１３Ｃ更灵敏于古气候的变化。因此，采用磷酸法研究黄土沉积物碳酸盐的同位素组成是不适宜的。     

江西信江盆地晚白垩世塘边组成壤碳酸盐岩碳、氧同位素特征

利用古土壤成壤碳酸盐岩稳定同位素组成估算古代大气CO_2浓度,是当前古气候环境研究的重要手段。对采自江西信江盆地晚白垩世圭峰群塘边组的成壤碳酸盐岩碳、氧同位素测试表明,δ13C(PDB)值在-4.30‰~-2.10‰之间,平均值为-2.84‰。δ18O(PDB)值在-6.62‰~-1.14‰之间,平均值为-3.62‰。由Cerling经验公式估算出晚白垩世Campanian晚期约75 Ma的大气CO_2浓度在782~1 420 ppmv之间,平均值为1 181 ppmv,是当今大气CO_2浓度的2~4倍。因此,基于信江盆地塘边组成壤碳酸盐岩的大气CO_2浓度估算结果,可能指示了晚白垩世Campanian晚期存在一个大气CO_2浓度高峰值,反映了晚白垩世大气CO_2浓度的波动性。     

有机碳和有机分子碳同位素的地球化学意义

有机碳和有机分子碳同位素组成的研究不仅在沉积地层对比，油－油，油－源对比研究方向发挥了独特作用，而且在古气候，古环境研究方面更具有广阔的应用剪影。开展对全球气候变化及全球碳循环有重要意义的有机碳碳同位素组成及分布研究和对生物演化，恢复古生态，古环境有重要意义的化石及沉积物中有机分子的碳同位素成及分布研究已势在必行。     

古大气CO2浓度重建方法技术研究现状

温室气候引起的全球气候变暖越来越引起人们的关注,大气中不断上升的CO2浓度被认为是导致气候变暖的主要因素.地史时期大气CO2浓度变化与温室气候可能存在类似的关系,可提供参考,因而古大气CO2浓度重建是首要任务.总结近年来古大气CO2浓度重建的进展,重点介绍GEOCARB模型模拟、植物叶片气孔参数和同位素指针的方法和技术.GEOCARB模型是反映全球古大气CO2浓度长期变化的碳相关模型;气孔参数方法是使用气孔比例来估计古大气CO2浓度;同位素指针包括成壤碳酸盐、浮游植物有机质生物标记物、钙质浮游有孔虫、古苔藓植物等,其中成壤碳酸盐碳同位素方法使用最为广泛.国内只是在叶片参数研究方面有一些进展,古大气CO2浓度重建工作任重而道远.     

桂林地区44ka洞穴石笋碳酸钙（盐）δ^13C的同位素组成与大气CO2浓度估算

洞穴石笋碳酸钙（盐）δ^13C的同位素记录表明，其与δ^18O同位素记录一样，均能反映气候环境的冷暖旋回变化，也具有急速的突变事件记录。本文利用近期或古老的洞穴石笋碳酸钙（盐）δ^13C的同位素组成，对桂林地区44ka以来的大气CO2浓度进行了尝试性的估算，估算结果表明，它可与近期所测量的以及冰岩芯气泡组分分析和北方黄土碳酸盐δ^13C估算的大气CO2浓度值基本接近，可以进行相互对比，说明利用洞穴石笋碳酸盐δ^13C同位素组成对大气CO2浓度进行估算的方法是可行的。研究表明，洞穴石笋碳酸盐δ^13C同位素的记录，对地质时期的冷事件具有独特的敏感性，特别是对新仙女木冷事件和北大西洋Heinrich的H1至H5冷事件反映较为明显，在干冷期δ^13C同位素快速升高，总体上与大气CO2浓度的变化呈反比，大气CO2浓度的变化与全球性的气候波动大体一致，但存在明显的区域性变化特征。     

库车盆地西北缘下第三系碳、氧同位素特征及成岩环境

库车盆地西北缘及柯坪地区下第三系碳酸盐岩稳定同位素分析结果显示氧同位素组成在相对较小的范围内变化，而碳同位素组成变化很大。沉积学研究表明塔拉克组和小库孜拜组海相地层主要为潮坪、萨布哈和渴湖相沉积，在成岩过程中或成岩期后，沉积物不同程度地受到了淡水作用的影响。所分析的样品大部分形成于大气淡水成岩环境，富集１２Ｃ，δ１３Ｃ为正值的样品一般形成于海水成岩环境。稳定同位素分析是研究成岩作用的有效手段之一。     

利用多年冻土区湖相沉积物中埋藏植物稳定碳同位素组成重建大气CO2浓度

沉水植物碳同位素分馏同水中溶解无机碳浓度有一定的关系，因而可以通过青藏高原多年冻土区的湖相沉积物中埋藏沉水植物－－龙须眼子菜（Potamogeton pectinatus)植物屑的碳同位素组成重建该地大气CO2浓度的变化情形，研究结果表明，该地在9．17－6．77ka BP间，大气CO2浓度是整个研究时间段中最低的，其后在6．77－4．56ka BP时期大气CO2浓度增加，在4．56－2．17ka BP之间，大气CO2浓度是整个研究时间内CO2浓度最高的阶段，植物屑的碳同位素组成反映了溶解无机碳浓度的变化，从而可用以重建大气CO2浓度的变化情况。     

可可西里古湖泊沉积物有机碳δ13C变化特征及其影响因素

文章选择青藏高原腹地可可西里边缘地区古湖泊为研究对象,通过对湖泊沉积物有机碳、氮和粒度等分析,对中更新世以来BDQ06孔湖泊沉积物有机碳同位素的波动特征及其影响因素进行了分析。结果表明:湖泊沉积物有机质以湖泊自生植物为主,有机碳同位素的大小主要指示挺水植物与沉水植物的比例,进而指示湖泊水体大小的变化。沉积物C/N值较低时;碳同位素偏重阶段,湖泊沉积物以沉水植物为主,植物主要利用水中溶解的CO₂进行光合作用,因此有机碳同位素偏正,指示湖泊水体较大,环境条件较好;碳同位素偏负阶段,湖泊沉积物以挺水植物和浮游生物为主,植物主要利用大气中CO₂作为碳源,类似于C3植物,碳同位素偏轻,指示湖泊水体较小,气候偏干。其中在岩芯的部分层位有机碳δ13C曲线出现几个明显偏低的位置,对应的C/N>10,说明此时段有大量陆源高等植物进入湖泊,并不是由挺水植物和浮游植物所造成的。     

陆生蜗牛壳体碳氧同位素在古环境中的应用综述

陆生蜗牛壳体碳、氧稳定同位素组成分别受蜗牛生长时期植被中碳同位素组成和大气水中氧同位素组成的控制,已成为古气候和古环境重建的重要代用指标.本文详细介绍了蜗牛壳体碳酸盐碳、氧同位素古气候重建的指示机理、样品预处理方法及其在14C测年、古气候和古植被研究中的应用现状.在此基础上讨论了蜗牛壳体碳酸盐碳、氧同位素古气候解释中存在的问题,介绍了该领域未来的研究方向与趋势.     

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。     

研究了地下水中HCO^—3来源的稳定碳同位素法

自然界中ＣＯ２主要来自有机质、大气和碳酸盐岩石，因同位素分馏作用，其稳定碳同位素组成在这三种物质中的分配不尽相同。本文根据地下水实测ＨＣＯ＾－３的δ＾１３Ｃ＾②值，利用热力学及同位素平衡计算与之相平衡的ＣＯ２气体的δ＾１３Ｃ值，确定了ＣＯ２气体来源，进而确定了ＨＣＯ＾－３的有机来源。     

桂林地区44 ka洞穴石笋碳酸钙(盐)δ13C的同位素组成与大气CO2浓度估算

洞穴石笋碳酸钙(盐)δ13C的同位素记录表明,其与δ18O同位素记录一样,均能反映气候环境的冷暖旋回变化,也具有急速的突变事件记录.本文利用近期或古老的洞穴石笋碳酸钙(盐)δ13C的同位素组成,对桂林地区44 ka以来的大气CO2浓度进行了尝试性的估算,估算结果表明,它可与近期所测量的以及冰岩芯气泡组分分析和北方黄土碳酸盐δ13C估算的大气CO2浓度值基本接近,可以进行相互对比,说明利用洞穴石笋碳酸盐δ¨C同位素组成对大气CO2浓度进行估算的方法是可行的.研究表明,洞穴石笋碳酸盐δ13C同位素的记录,对地质时期的冷事件具有独特的敏感性,特别是对新仙女木冷事件和北大西洋Heinrich的H1至H5冷事件反映较为明显,在干冷期δ13C同位素快速升高,总体上与大气CO2浓度的变化呈反比,大气CO2浓度的变化与全球性的气候波动大体一致,但存在明显的区域性变化特征.     

研究地下水中HCO_3~－来源的稳定碳同位素法

自然界中ＣＯ＿２主要来自有机质、大气和碳酸盐岩石，因同位素分馏作用，其稳定碳同位素组成在这三种物质中的分配不尽相同。本文根据地下水实测ＨＣ，的δ￣（１３）Ｃ￣２值，利用热力学及同位素平衡计算与之相平衡的ＣＯ＿２气体的δ￣（１３）Ｃ值，确定了ＣＯ＿２气体来源，进而确定了的有机来源。     

大洋有孔虫中硼同位素研究与大气pCO_2的重建

大气二氧化碳浓度(pCO2)的变化在全球气候演化中起着重要的调节作用,重建古大气pCO2的变化历史,有助于预测和研究未来的全球气候变化。大洋有孔虫中的硼同位素比值能够反映海水酸碱度的变化,从而为重建大气二氧化碳浓度的变化历史提供了一种新的手段。文中首先简要回顾硼同位素的研究现状,利用硼同位素重建大气二氧化碳浓度变化的原理依据,在此基础上,测试分析了西赤道太平洋806孔全新世和末次冰期最盛期Globigerinoides ruber样品中的硼同位素,得到该地区全新世和末次冰期最盛期大气二氧化碳体积分数分别为(276.7±24)×10-6(2s.d.)和(178.4±16)×10-6(2s.d.),与极地冰心记录吻合得很好。大洋有孔虫中的硼同位素是一个非常有潜力的古海水酸碱度替代指标。     

大洋有孔虫中硼同位素研究与大气pCO_2的重建

大气二氧化碳浓度(pCO2)的变化在全球气候演化中起着重要的调节作用,重建古大气pCO2的变化历史,有助于预测和研究未来的全球气候变化。大洋有孔虫中的硼同位素比值能够反映海水酸碱度的变化,从而为重建大气二氧化碳浓度的变化历史提供了一种新的手段。文中首先简要回顾硼同位素的研究现状,利用硼同位素重建大气二氧化碳浓度变化的原理依据,在此基础上,测试分析了西赤道太平洋806孔全新世和末次冰期最盛期Globigerinoides ruber样品中的硼同位素,得到该地区全新世和末次冰期最盛期大气二氧化碳体积分数分别为(276.7±24)×10-6(2s.d.)和(178.4±16)×10-6(2s.d.),与极地冰心记录吻合得很好。大洋有孔虫中的硼同位素是一个非常有潜力的古海水酸碱度替代指标。     

湖泊水—沉积物碳系统研究新进展

通过沉积物孔隙水中碳酸盐溶解平衡关系的研究，说明碳酸盐含量可作为沉积作用过程的环境记录；碳酸盐同位素组成取决于水溶液无机碳的＾１３Ｃ／＾１２Ｃ，一定深度的碳酸盐同位素组成保存了一定时段的环境信息；通过分粒级和分阶段取气的同位素分析，可望辨识不同成因类型的碳酸盐。     

植硅体稳定同位素生物地球化学研究进展

植硅体形态鉴定与组合分析广泛应用于古环境重建和农作物起源分析等.鉴于植硅体的抗腐蚀、抗降解,易保存,锢囚的碳不易污染,且保存了植物的原始信息等特性,其有机地球化学研究日益被重视.植硅体稳定同位素分析表明植硅体是植物通过吸收单硅酸,以蒸腾作用为主要动力,在植物的不同部位发生同位素分馏淀积形成,其稳定同位素组成具有丰富的植物生理和环境信息.植物不同部位植硅体稳定同位素组成具有差异,其含量和硅、氧同位素值沿蒸腾流通常有增加的趋势.沉积物植硅体碳同位素分析不仅可以用于恢复草本的C3、C4植物生物量的比例,并且有可能重建古大气的碳同位素构成,是三者中最具有潜力的考古学、古环境研究的指标.植硅体有机化学组成分析,特别是类脂物分析,有利于认识植硅体碳同位素值相对于总有机碳偏负,C3、C4草本植硅体同位素差值范围缩小的原因.     

大气降水热液矿床铅同位素组成研究

大气降水热液矿床稳定同位素地球化学,尤其是氢、氧同位素地球化学研究,前人已做过很多工作,但对硫、碳同位素,特别是铅同位素则尚缺乏系统的研究。最早,Doe(1966)研究美国现代大气降水成因的Salton湖含矿热卤水的铅、锶同位素组成,发现与当地第三纪沉积物的同位素组成一致,而与第三纪流纹岩不一样,从而提出铅、锶等金属物质来源于第三纪沉积物的认识。以后,虽有有关大气降水热液矿床铅同位素研究资料的零星报道,但很不系统。本文试图以已知氢、氧同位素资料为基础,从论述大气降水热液成因的矿床着手,探讨其铅同位素组成变化及其地质应用问题。研究大气降水热液矿床的铅同位素,至少要回答下列问题: