大氧化事件在山西滹沱群中的记录:碳酸盐岩碳同位素资料分析

古元古代早期爆发了全球性大氧化事件（GOE）,诱发了休伦冰川事件（Huronian Glaciation Event,HGE）和2.3~2.06Ga的拉玛岗地-瓦图里碳酸盐碳同位素正漂移事件（Lomagundi-Jatuli Event,LJE）。滹沱群是华北克拉通最具代表性的古元古代沉积地层,变质程度最低,地层学研究程度高,是探索GOE以及HGE和LJE的理想研究对象。通过总结和分析滹沱群碳酸盐岩碳同位素研究结果,我们发现：（1）滹沱群主体未显示δ¹³C_carb正漂移现象,但下部大石岭组有高达3.5‰的δ¹³C_carb正异常;（2）显示δ¹³C_carb正异常的大石岭组可能形成于2.08Ga之前,未显示δ¹³C_carb正异常的东冶亚群可能形成于2.06Ga之后;（3）五台地区记录休伦冰川事件的冰碛岩应发育在大石岭组之下,即四集庄组砾岩。总之,滹沱群形成于2.3Ga之后,下部豆村亚群沉积于HGE或LJE期间,可能保留了更显著的δ¹³C_carb正漂移信息及冰川沉积记录,中部的东冶亚群沉积于LJE之后,不存在δ¹³C_carb正漂移。     

辽宁大石桥菱镁矿床的碳氧同位素组成和成因

在2.33~2.06Ga期间,δ¹³C_carb发生了地质历史上最强烈的正异常事件,被称为Lomagundi事件。辽河群形成于2.3~1.85Ga期间,其大石桥组蕴涵超大型的大石桥菱镁矿矿床,在矿区厚约1144m。为检验华北克拉通对Lomagundi事件响应,揭示大石桥菱镁矿的成因,本文报道我们最新获得的地球化学研究结果。大石桥菱镁矿6件下伏白云岩地层样品的CaO/MgO摩尔比为0.87~0.94,δ¹³C_carb和δ¹⁸O_carb值分别为0.6‰~1.4‰（平均1.2‰,V-PDB标准）和16.4‰~19.5‰（平均18.2‰,SMOW标准）;与世界正常海相碳酸盐岩地层相比,δ¹³C_carb较高,而δ¹⁸O_carb较低,表明原始沉积物具有类似于Lomagundi事件的δ¹³C_carb正异常,δ¹³C_carb可能高达4.2‰,但δ¹³C_carb和δ¹⁸O_carb值均在沉积之后的成岩或/和变质过程中显著降低。研究剖面大石桥菱镁矿含矿地层厚逾550m,6件样品的CaO/Mg0摩尔比为0.005~0.23,δ¹³C_carb和δ¹⁸O_carb值分别为0.1‰~0.6‰（平均0.4‰）,9.2‰~12.7‰（平均10.9‰）,均低于下伏围岩白云岩;推测与区域变质有关的流体交代作用导致岩石发生重结晶作用和同位素交换,使δ¹³C_V-PDB和δ¹⁸O_V-SMOW值降低。而对菱镁矿顶板白云岩和网脉状菱镁矿矿石的研究进一步证明了上述解释的合理性。总之,大石桥菱镁矿的形成经历了初始沉积、成岩作用、区域变质和流体交代作用以及成矿后的局部蚀变作用。     

藏北色哇地区索布查组、曲色组岩石地层、层序地层、生物地层特征及三叠系与侏罗系界线

对藏北羌塘盆地南缘色哇地区的三叠纪与侏罗纪地层进行研究,在下侏罗统曲色组之下发现了一套以灰岩为主的地层,建立了索布查组,该组下部产晚三叠世腕足类、双壳类、六射珊瑚,上部产早侏罗世菊石,因此确定索布查组地质时代为晚三叠世—早侏罗世。三叠系-侏罗系界线应在索布查组之内,三叠系与侏罗系可能为整合接触。     

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     

中东亚干旱半干旱区C3植物δ13 C值的分布 及其对气候的响应*

植物化石和土壤中的有机质碳同位素指标常用来反映古气候的变化,然而碳同位素这个指标在特定地区反映气候的定量关系缺乏检验。研究剖面选择自中国的秦岭(34°14'24″N,106°55'30″E)到蒙古人民共和国北部,接近贝加尔湖地区(51°35'08″N, 100°45'49″E)的研究剖面线,选择了3种C₃植物(Artemisia scoparia, Ajania achilleides 和 Artemisia frigida),在剖面线上沿南北方向上每隔4'到5'采取一个样点,共选取161个C₃植物茎叶样品进行了δ¹³ C值测定。同时收集了剖面线附近气象站的降水、气温等资料,用插值方法得到每个采样点的气温、降水数据。分析表明:C₃植物的δ¹³ C值分布范围为-30 ‰ ~-22 ‰ ,其平均值为-26.81 ‰ ,该平均值较全球C₃植物δ¹³ C平均值偏正。通过对比C₃植物δ¹³ C与年均温、年均降水量、生长季节的干燥度等随纬度的变化规律,发现C₃植物δ¹³ C、年均降水量、生长季节的干燥度有非常一致的变化趋势,而C₃植物δ¹³ C和年均温不具有一致性。通过一元回归分析也同样发现C₃植物δ¹³ C与年均降水量呈线性负相关关系(y=-0.0077x-24.838,n=161,R²=0.4418,p=0.01),与生长季节的干燥度呈线性正相关关系(y=0.7328x-28.806,n=161,R²=0.3685,p=0.01),而与年均温度没有明显的相关关系(y=-0.0461x-26.756,n=161,R²=0.0232,p=0.01)。在本研究区C₃植物δ¹³ C对年均降水量和生长季节的干燥度响应十分显著,而对温度的响应不明显。研究区具有明显的降水和温度的梯度分布特征,是验证植物碳同位素与气候关系的理想场所,而土壤中的有机质碳同位素与其地面上的植物碳同位素息息相关。研究也说明,在本研究区或其他气候植物组合相似的地区可以利用古土壤中的有机质碳同位素来定量或半定量地反映古气候的变化。     

利用包裹体中气体地球化学特征与源岩生气模拟实验探讨鄂尔多斯盆地靖边气田天然气来源

鄂尔多斯盆地上、下古生界地层包裹体气体与气藏中气体地球化学性质对比表明:上古生界气藏中气体与包裹体中气体地球化学性质相似,气藏中气体的地球化学性质能代表成藏初期气体的原始特征;而下古生界气藏中气体与包裹体中气体的地球化学性质差别很大,下古生界气藏中的气体与下古生界源岩模拟生成气体也有非常大的差别。因此,下古生界气藏中的气体不能代表来自下古生界源岩产生天然气。结合前人关于奥陶系源岩的模拟生成天然气、包裹体中气体以及靖边气田天然气的地球化学特征,提出来源于奥陶系的天然气应具有δ¹³C₁<-38‰、δ¹³C₂<-28‰的特征。下古生界地层包裹体中气体与气藏中气体地球化学性质对比表明,下古生界气田天然气乙烷碳同位素的变化范围也比甲烷碳同位素的变化范围大很多,乙烷碳同位素不适合作为判断靖边气田天然气来源的标准。在此基础上,以上古生界天然气甲烷碳同位素的平均值(-32.90‰)与下古生界δ¹³C₁<-38‰天然气甲烷碳同位素的平均值(-39.04‰)分别作为上、下古生界来源天然气甲烷碳同位素的界限值,通过简单计算认为靖边气田大约85%的天然气来源于上古生界煤系。     

广东凡口铅锌矿床赋矿地层稳定同位素研究

广东凡口铅锌矿床是中国著名的大型铅锌矿床。在凡口矿区新发现有类似奥陶系岩性的地层,与寒武系一起构成矿区的浅变质基底,其δ¹³C_V-PDB值为-6.5‰、δ¹⁸O_V-SMOW值为14.9‰,在矿区各地层中最小,受热液作用影响最弱,主要受岩性影响。由深至浅,泥盆系地层的δ¹³C_V-PDB、δ¹⁸O_V-SMOW值逐渐增高、⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值逐渐减小,该段岩层的主赋矿层位（D₂d和D₃t）δ¹³C_V-PDB接近零,δ¹⁸O_V-SMOW在18‰左右,稳定同位素的变化除受岩性影响外,主要受后期热液蚀变作用的影响,为成矿提供了一定的前提条件。石炭系（C₂ht）白云岩的δ¹³C平均值为2.17‰,δ¹⁸O平均值为21.9‰,与其他层位性质明显不同,为矿区的盖层。     

岩浆去气作用碳硫同位素效应

 根据开放体系条件下的瑞利分馏原理,并考虑岩浆中可能溶解的合碳和含硫组分,从理论上定量模式了岩浆去气作用对火成岩碳、硫同位素组成的影响。结果表明,岩浆CO₂去气作用能够导致岩石中碳酸盐显着亏损¹³C,其δ¹³C值能够从原始-5‰变化到-20‰(PDB);岩浆CH₄去气作用则导致岩石中碳酸盐相对富集¹³C,其δ¹³C值能够从原始-5‰变化到+4‰。岩浆SO₂去气作用可以导致岩石中硫化物显着亏损³⁴S,其δ³⁴S值能够从0‰变化到-8‰(CDT);岩浆H₂S去气作用则导致岩石中的硫化物相对富集4S,其δ³⁴S值能够从0‰变化到+6‰。因此,除源岩原始同位素不均一性和地壳物质混染能引起火成岩的碳、硫同位素组成发生较大变化外,岩浆去气作用也是重要原因之一。     

湖泊沉积物C4植物含量重建方法的讨论——以新生代柴达木盆地大红沟剖面为例

当前气候变暖是一个全球面临的重大问题,它对人类赖以生存的植被生态系统造成的影响已经在全球各地逐步显现出来。为了深入了解植物生态系统对环境和气候变化的响应机制,我们需要更好地借鉴地质历史时期气候环境和植物协同演化的重要事件。C₄植物作为陆地生产力较强的植物,在植物生态演化中占举足轻重的地位。目前研究表明C₄植物可能最晚起源于始新世-渐新世之交,但从它早期起源到随后在生态系统中的大规模扩张时间间隔长达20多个百万年。是什么因素导致了C₄植物的起源和扩张是一个悬而未决的重要问题,需要开展大量的调查研究来评估和重建C₄植物在过去生态系统中的相对生物量变化。重建C₄植物的含量目前主要的方法是建立在C₃/C₄植物碳同位素和植物内部结构形态差异基础之上。最常运用的研究材料包括(古)土壤有机质、成壤碳酸盐、陆地食草动物体组织、沉积物生物标志物、孢粉、植硅体等。这些方法在重建现代以及地质历史时期C₄植物相对生物量变化的研究中发挥了重要作用,但同时也存在很多无法避免的问题。本文介绍了C₄植物起源和扩张机制的主流观点以及不同研究材料的碳同位素所推算C₄植物生物量的基本原理,并以柴达木盆地大红沟剖面为例,针对新生代湖泊沉积物中陆生高等植物的长链正构烷烃特征和单体烃碳同位素的研究结果,详细讨论C₄植物含量重建的方法与缺点,为探讨C₄植物起源、演化及控制因素提供参考。我们通过分析前人研究的大红沟剖面长链正构烷烃及单体烃 δ¹³C_alk 值特征,推测在30~24 Ma、20~17 Ma和13~7 Ma期间δ¹³C_alk值显示相对正偏的原因,可能是干旱和C₄植物在当地生态系统中出现的双重因素叠加造成的。但这一推断还需要借助于新的研究方法,即单颗粒孢粉碳同位素的方法来提供C₄植物的确凿证据。     

西秦岭新生代高钾质玄武岩流体组成及其地幔动力学意义

西秦岭新生代高钾质玄武岩是认识大陆碰撞俯冲体制下地幔流体组成及深部动力学的岩石探针。本文采用分步加热质谱法测定了西秦岭高钾质玄武岩中斑晶及基质的流体化学组成和碳同位素组成,结果表明流体组分在200~400℃、400~800℃和800~1200℃阶段性释出,以H₂O为主,其次为CO₂和SO₂,并含有相对较高的He含量。从橄榄石斑晶到斜长石斑晶和基质H₂O和CO₂逐步升高。橄榄石斑晶流体挥发份主要释气峰温度(900~1200℃)明显高于中国东部地幔捕虏体及其它地区超镁铁质岩体中的橄榄石,流体组份以SO₂和CO₂等氧化性组份为主,其CO₂的δ¹³C值(-26.21‰~-20.85‰,平均-23.32‰)和CH₄的δ¹³C值(-42.35‰~-38.17‰,平均-40.03‰)低于基质的δ¹³C_CO2值(-16.43‰~-11.67‰,平均-13.22‰)和δ¹³C_CH4值(-44.22‰~-34.03‰,平均-39.70‰)。基质中CO₂和CH₄碳同位素组成具有机质热裂解特征。原始岩浆的流体挥发份主要为SO₂、N₂和CO₂,可能起源于较深的混杂地幔源区、演化于高f_O2的环境。流体挥发份化学和同位素组成表明高钾质玄武岩浆挥发份中存在地幔和地壳来源组分,幔源岩浆上升演化过程中可能加入了大量的H₂O和CO₂等,可能存在碳酸岩岩浆的混合或岩浆穿透区域碳酸盐地层的混染;其中的再循环壳源组分可能为古特提斯洋闭合俯冲或其后华北克拉通与扬子克拉通碰撞相关的再循环壳源沉积物脱出的流体组分。     

川中东北部中-下侏罗统湖相碳酸盐岩碳氧同位素特征及其古环境意义

在钻井岩心观察和岩石学分析的基础上,对川中东北部龙岗地区中-下侏罗统自流井组和凉高山组典型钻井取心段碳酸盐岩样品进行了碳氧同位素分析。40余件样品的测试结果表明,δ¹³C_PDB值在-1.24‰～4.59‰之间,除了1个负值外,都为正值。δ¹⁸O_PDB值在-15.7‰～-9.83‰之间,都为负值。与海相和陆相碳酸盐岩同位素值对比显示,自流井期和凉高山期古湖泊均表现出内陆开放性淡水湖泊的特点,没有经过明显的海水入侵。在中-下侏罗统广泛存在的碳同位素正偏移是由湖泊初级生产力提高所导致的。岩相和同位素变化显示了古湖平面经历了2次主旋回和6次次级旋回变化,湖平面变化总体表现为东岳庙段沉积期＞大一三亚段沉积期＞大一亚段沉积期＞凉高山期＞马鞍山段沉积期。古湖泊初级生产力的变化表现为大一三亚段沉积期＞东岳庙段沉积期＞大一亚段沉积期＞凉高山期＞马鞍山段沉积期。     

柴达木盆地东部侏罗系煤系烃源岩生烃潜力评价及地球化学特征

对柴达木盆地东部地区侏罗系大煤沟剖面、绿草山剖面进行了露头取样,并利用Rock-Eval生油岩评价仪、色谱—质谱仪、稳定同位素质谱仪等实验分析测试技术对样品进行了地球化学特征分析。实验结果表明,样品有机碳含量变化从0.07%到56.8%,有机质类型以Ш型有机质为主,少数为型有机质,极少数为型有机质,灰黑色油页岩及黑色炭质页岩是侏罗系中的优质烃源岩。检测样品C29甾烷异构化参数C29αββ/(αββ ααα)、C29ααα20S/(20S 20R)分布范围分别为0.25~0.35、0.06~0.34,处于未熟—低熟状态。侏罗系水体环境较浅,多为滨浅湖与沼泽环境,具有煤系烃源岩特点,局部为水体比较咸化的半深湖—深湖环境。     

羌塘盆地雁石坪地区中-晚侏罗世碳、氧同位素特征与沉积环境分析

通过对雁石坪地区中-上侏罗统碳酸盐岩的碳、氧同位素组成特征分析,认为其原始组分保存良好。在垂向上,碳、氧同位素的变化与沉积相演化和海平面曲线相吻合,说明它们与沉积环境的演化密切相关。结合碳、氧同位素的环境效应分析,认为中侏罗世雀莫错期沉积水体主要以陆源淡水作用为主,沉积环境属陆缘近海湖;布曲期为广海碳酸盐台地环境;夏里期为三角洲-淡化泻湖-潮坪环境。晚侏罗世索瓦早期为高盐度、高水温,相对局限浅海碳酸盐台地环境。中侏罗世至晚侏罗世早期经历了一次完整的海侵-海退旋回和一次海侵过程。     

Mixing of magmatic CO2 into volcano groundwater flow at Aso volcano assessed combining carbon and water stable isotopes

To understand deep groundwater flow systems and their interaction with CO₂ emanated from magma at depth in a volcanic edifice, deep groundwater samples were collected from hot spring wells in the Aso volcanic area for hydrogen, oxygen and carbon isotope analyses and measurements of the stable carbon isotope ratios and concentrations of dissolved inorganic carbon (DIC). Relations between the stable carbon isotope ratio (δ¹³C_DIC) and DIC concentrations of the sampled waters show that magma-derived CO₂ mixed into the deep groundwater. Furthermore, groundwaters of deeper areas, except samples from fumarolic areas, show higher δ¹³C_DIC values. The waters' stable hydrogen and oxygen isotope ratios (δD and δ¹⁸O) reflect the meteoric-water origin of that region's deep groundwater. A negative correlation was found between the altitude of the well bottom and the altitude of groundwater recharge as calculated using the equation of the recharge-water line and δD value. This applies especially in the Aso-dani area, where deeper groundwater correlates with higher recharge. Groundwater recharged at high altitude has higher δ¹³C_DIC of than groundwater recharged at low altitude, strongly suggesting that magmatic CO₂ is present to a much greater degree in deeper groundwater. These results indicate that magmatic CO₂ mixes into deeper groundwater flowing nearer the magma conduit or chamber.     

Environmental control of carbon isotope variations in Pennsylvania black-shale sequences, Midcontinent, U.S.A.

A reversal of the conventional carbon isotope relationship, “terrestrial-lighter-than-marine” organic matter, has been documented for two Pennsylvanian (Desmoinesian) cyclothemic sequence cores from the Midcontinent craton of the central United States. “Deep” water organic-rich phosphatic black shales contain a significant proportion of algal-derived marine organic matter (as indicated by organic petrography, Rock-Eval hydrogen index and ratios) and display the lightest δ¹³C-values (max −27.80‰ for kerogen) while shallower water, more oxic facies (e.g. fossiliferous shales and limestones) contain dominantly terrestrial organic matter and have heavier δ¹³C_kerogen-values (to −22.87‰ for a stratigraphically adjacent coal). δ¹³C-values for extract fractions were relatively homogeneous for the organic-rich black shales with the lightest fraction (often the aromatics) being only 1‰, or less, more negative than the kerogen. Differences between extract fractions and kerogens were much greater for oxic facies and coals (e.g. saturates nearly 5‰ lighter than the kerogen).A proposed depositional model for the black shales calls upon a large influx of nutrients and humic detritus to the marine environment from the laterally adjacent, extremely widespread Pennsylvanian (peat) swamps which were rapidly submerged by transgression of the epicontinental seas. In this setting marine organisms drew upon a CO₂-reservoir which was in a state of disequilibrium with the atmosphere, being affected by isotopically light “recycled-CO₂” derived from the decomposition of peaty material in the water column and possibly from the anoxic diagenesis of organic matter in the sediments.     

四川盆地下侏罗统自流井组湖相碳酸盐岩的碳、氧同位素特征及其古湖泊学意义

四川盆地侏罗纪的湖相碳酸盐岩主要分布于早侏罗世自流井组地层之中。在对四川自贡、重庆合川自流井组上部大安寨段中的湖相碳酸盐岩的碳、氧同位素进行分析后,根据其组成特征及其相关性,探讨其碳、氧同位素的古湖泊学意义。两条剖面上碳酸盐岩的碳、氧同位素在组成上存在一定的差异,自贡贡井—高硐桥剖面上,样品的碳、氧同位素均为负值,δ13C值在-4.49‰~-0.85‰之间,1δ8O值-9.14‰~-6.75‰之间,两者具有一定的相关性(γ=0.62);合川炭坝剖面上,样品的碳同位素正负均有,氧同位素均为负值,δ18O值在-8.52‰~-4.56‰之间,δ13C值在-3.46‰~1.62‰之间,两者也具有一定的相关性(γ=0.64)。通过与现代湖泊碳酸盐碳、氧同位素特征的比较,认为四川盆地早侏罗世自贡地区的湖泊为开放型的淡水湖泊,而合川地区为具有一定封闭性的微咸水湖泊。     

四川盆地江油厚坝油砂有机地球化学特征与成因研究

四川江油厚坝油砂产出于侏罗系沙溪庙组下段,含油砂层沿北东方向延伸约25 km.露头和岩芯油砂样抽提得到氯仿沥青“A”含量为0.4％～33％.抽提物饱和烃GC-MS分析得到的分子有机地球化学特征表明,油砂油遭受严重生物降解,饱和烃分布呈现双大鼓包,正构烷烃和异构烷烃基木被降解;三环萜烷含量丰富,孕甾烷和升孕甾烷含最也较高...     

四川盆地中侏罗统沙溪庙组钙质结核的碳、氧同位素特征

四川盆地中侏罗世是恐龙最为繁盛的时期,该时期的沙溪庙组中广泛分布有成土作用形成的钙质结核,对此钙质结核的碳、氧同位素组成进行分析,结果表明,钙质结核的δ18O值在-10.50‰～-7.783‰(PDB)之间,平均值为-9.34‰,δ13C值在-9.30‰～-5.07‰(PDB)之间,平均值为-7.06‰。钙质结核的δ13C值表明这一时期四川盆地的植被以C3植物类型为主;利用Cerling的模型,推测大气CO2的浓度(分压)在1 400 ppmV～2 800 ppmV之间。中侏罗世沙溪庙组钙质结核的碳同位素组成为重建恐龙生活时代的古生态环境提供了地球化学方面的资料。     

中国西北侏罗纪煤系显微组分生烃潜力、产物地球化学特征及其意义

从吐哈盆地侏罗纪煤中分离富集了藻类体、孢子体、角质体、镜质体、基质镜质体和丝质体6种主要显微组分,进行了热解及热模拟实验,并对各显微组分热模拟生成的产物热解油进行了碳同位素组成等分析。各显微组分热解生烃潜力及其热解产物热解油的碳同位素组成表明,煤系有机质中藻类体的生油潜力最高,生成的液态烃类的碳同位素组成最轻;孢子体、角质体等陆源富氢组分生烃潜力低于藻类体,生成的液态烃类的碳同位素组成重于藻类体生成的液态烃类,与煤系含油气盆地中原油的碳同位素组成基本一致。这些富氢显微组分应该是煤系有机质中主要的生油显微组分。镜质体和基质镜质体的生油潜力相对较低,其生成的液态烃类的碳同位素组成比一般煤系原油重得多,而且这些组分本身对液态烃具有较强的吸附力,尽管其在煤系有机质中所占的比例很大,仍然难以成为生成液态石油的主要显微组分,只能在高成熟演化阶段成为良好的生气显微组分。丝质体等惰性组分生烃潜力极低,不可能成为生油组分。此外,结合原煤的显微组分组成、生烃潜力和元素分析,提出仅仅以壳质组的含量高低来评价煤的生烃潜力不完全可靠,热解是经济、快速、有效的评价方法。     

Reconstructing the response of C3 and C4 plants to decadal-scale climate change during the late Pleistocene in southern Illinois using isotopic analyses of calcified rootlets

The δ¹³C and δ¹⁸O values of well-preserved carbonate rhizoliths (CRs) provide detailed insights into changes in the abundance of C₃ and C₄ plants in response to approximately decadal-scale changes in growing-season climate. We performed stable isotope analyses on 35-40 CRs sampled at 1-cm intervals from an 18-cm-thick paleosol formed in southern Illinois during Wisconsin interstadial 2. Minimum δ¹³C values show little variation with depth, whereas maximum values vary dramatically, and average values show noticeable variability; maximum δ¹⁸O values vary less than the minimum δ¹⁸O values. These findings indicate that a diverse and stable C₃ flora with a limited number of C₄ grass species prevailed during this interval, and suggest that the maximum growing-season temperatures were relatively stable, but minimum growing-season temperatures varied considerably. Two general patterns characterize the relationships between the δ¹³C and δ¹⁸O values obtained from the 1-cm samples. In some cases, low δ¹³C values correspond to low δ¹⁸O values and high δ¹³C values correspond to high δ¹⁸O values, suggesting that cooler growing-season temperatures favored C₃ and warmer growing-season temperatures favored C₄ plants. In other cases, low δ¹³C values correspond to high δ¹⁸O values, likely suggesting that wetter growing-season conditions were favorable to C₃ plants. The high density of well-preserved CRs in this paleosol provides a unique opportunity to study detailed ecological responses to high-resolution variability in growing-season climate.