青藏高原河流氧同位素区域变化特征与高度预测模型建立

利用氧同位素作为古高度计重建造山带的古高度是近年发展起来的应用比较广泛的方法。本文通过对青藏高原河水δ¹⁸O_w(SMOW)的空间分布特征分析,表明高原南北δ¹⁸O_w(SMOW)由于水汽来源和水汽循环方式不同存在显著差异。以中央分水岭山脉为界,南部δ¹⁸O_w(SMOW)平均值为-15.6‰左右,北部为-8.6%左右;   南部氧同位素值随高度的平均变化率为-0.24‰/100m,北部为-0.15‰/100m。分别建立了藏北地区和藏南地区河水氧同位素和高度的关系,同时应用可可西里及昆仑山口现代食草动物牙齿釉质、尼玛盆地现代土壤碳酸盐的氧同位素值对所建立的经验模型进行了检验,表明这两个模型分别应用于藏北和藏南地区古高度的恢复是可行的,为今后青藏高原古高度研究工作的开展提供了定量的计算方法。     

18.5kaB. P.以来东北四海龙湾玛珥湖全岩有机碳同位素记录及其古气候环境意义

结合含水量、TOC含量和TOC/TN比值变化曲线,18·5kaB·P·以来的四海龙湾玛珥湖沉积物全岩有机碳同位素组成（^δ13C_TOC）记录可划分为3个阶段:1)末次冰期晚期（18·5～14·7kaB·P·）,^δ13C_TOC值偏正,变化范围为-29·50‰～-26·18‰,平均值约为-28·10‰;2)末次冰消期（14·7～11·7kaB·P·）,^δ13C_TOC值显著偏负,变化范围为-33·92‰～-28·40‰,平均值约为-31·75‰,在^δ13C_TOC值变化曲线上表现为一个低谷,但在类似YoungerDryas的冷干事件期间（12·7～11·7kaB·P·）,^δ13C_TOC值再次显著偏正,最高可达-28·4‰;3)全新世以来（11·7kaB·P.至今）,^δ13C_TOC值变化幅度不大（-30·85‰～-27·37‰）,基本上都在平均值-29·1‰左右。研究表明,大气CO₂浓度变化是影响18·5kaB·P·以来四海龙湾玛珥湖^δ13C_TOC值变化的主导因素。     

新疆玛纳斯湖沉积物氧同位素记录的古气候信息探讨──与青海湖和色林错比较

内陆封闭湖泊自生碳酸盐氧同位素组成与大气降水同位素组成、空气相对湿度和地面气温这三个参数相关。我国季风带的青海湖与色林错的δ¹⁸O曲线非常相似,说明古气候变化受相同因素驱动。在10500～9500aB．P．的末次冰期向全新世的过渡期,这两个湖泊的δ¹⁸O值大幅度下降,这是夏季风雨水的低δ¹⁸O值的缘故。属于西风带的玛纳斯湖和季风带的青海湖的δ¹⁸O曲线基本上是对称的。大约9500～4000aB．P,图形由对称转变为相似,据此推论当时夏季风的影响范围可能达到新疆北部。     

新疆罗北洼地湖相沉积物有机碳同位素的变化序列及其古环境意义

测定了新疆罗布泊地区湖相沉积物CK-2钻孔样品的总有机碳含量（TOC）及其同位素组成、碳酸盐含量和C/N比值等环境代用指标,以及石膏矿物的质谱-铀系年龄。测试结果表明,20～9kaB.P.期间沉积物δ¹³C_org.在-23.4‰～-16.1‰之间波动且阶段性明显,与TOC呈现良好的相关关系,整体变化趋势同南极Dome C冰芯中记录的全球大气CO₂浓度一致;C/N比值表明有机碳来源主要是陆生高等植物。因此大气CO₂浓度变化是影响20～9kaB.P.期间罗布泊湖相沉积物δ¹³C_org.值变化的主导因素,周围山体上C₃/C₄植物相对生物量的变化则是另一重要因素。依据δ¹³C_org.的变化序列将此时间段湖区古环境的演化分成6个阶段:20.0～14.1kaB.P.期间受到末次盛冰期的影响,气温偏低,湖水丰沛;14.1～13.3kaB.P.是一个气候不稳定期,冷暖波动较频繁,但以暖为趋势;13.3～12.8kaB.P.期间经历了一段冷期,于12.8kaB.P.结束了末次冰期,随后气候开始转暖至11.8kaB.P.;其后气温再次变冷并维持到10kaB.P.;最后从10kaB.P.进入全新世暖期。δ¹³C_org.序列明显向偏负方向变化,表明该地区变暖的趋势相当明显。罗布泊地区日益干旱化是全球气候变化的结果,尤其是受到全球CO₂浓度的不断升高所制约。     

末次盛冰期以来印度尼西亚穿越流对东印度洋上部水体结构的影响

海洋上部水体垂向结构变化对于理解热带海区在全球气候变化中的作用有着重要意义。通过分析印度尼西亚穿越流(ITF)出口处东印度洋帝汶海区SO18480-3孔中的浮游有孔虫表层种Globigerinoides ruber和温跃层种Pulleniatina obliquiloculata壳体氧碳同位素,并借助12个AMS¹⁴C测年数据重建了末次盛冰期(LGM)以来该区温跃层深度和营养盐水平的演化序列。壳体氧同位素(δ¹⁸O)记录表明温跃层古海洋学特征的变化幅度要大于表层海水,其差值(Δδ¹⁸O_(P-G))有效地反映了温跃层深度的变化,即冰消期和晚全新世温跃层较浅,LGM和早中全新世温跃层较深;并揭示出与全新世相比,LGM期间ITF总流量未显著减小,ITF对该区上部水体结构的影响受到了东西太平洋之间不对称性的调节。碳同位素(δ¹³C)记录则表明该区的古海洋学变化在不同程度上受到了南大洋的影响,并受本区上部水体垂向结构的控制,其差值(Δδ¹³_(G-P))在一定程度上反映了该区上部水体营养盐水平的变化。     

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     

末次冰期黄土中蜗牛壳体碳酸盐同位素组成与其环境指示意义

为了揭示蜗牛化石壳体碳酸盐（文石）稳定同位素组成的古气候和古生态环境指示意义,对采集于河南荥阳邙山末次冰期黄土剖面上部中的粉华蜗牛（Cathaica pulveratrix）化石壳体碳酸盐进行了碳、氧稳定同位素分析,同时还对全岩有机物质（SOM）碳同位素组成以及全岩磁化率和粒度等气候替代指标进行分析,结果显示：剖面中反映蜗牛食物碳同位素组成的壳体δ¹³C_SSA的变化,与反映古植被碳同位素组成的全岩有机物质碳同位素组成（δ¹³C_SOM）无显著的相关关系,但是壳体¹³C相对于SOM的富集程度（Δδ¹³C_SSA-SOM）的变化与石笋氧同位素记录的末次冰期东亚夏季风强度演化同步一致;   壳体δ¹⁸O_SSA的变化不但与黄土磁化率、粒度等气候替代指标变化具有显著相关性,同样也与末次冰期东亚夏季风强度演化同步一致。这些特征,一方面说明受季风环流控制的气候温湿程度变化左右蜗牛夏季活动的几率和食物的类型,干冷气候条件下,相对温湿夏季成为蜗牛活动主要时期,相对富集¹³C苔藓、菌类和植物可能是蜗牛的主要食物;   另一方面暗示蜗牛化石壳体碳酸盐稳定同位素组成能够指示气候温湿程度和生态环境的变化。     

关于全新世底界年龄的14C测定

根据16个全新统底部¹⁴C样品的年龄测定,证明把全新世底界的年龄定在11000aB.P.前后是合适的,但云南几个样品的年龄数据明显偏老一千多年,这可能与纬度有密切关系,因而中国全新世与晚更新世的年龄有随地区而异的现象。因此,我国全新世底界划分仍需要进一步讨论。     

南海北部珊瑚Sr/Ca和Mg/Ca温度计及高分辨率SST记录重建尝试

利用全谱直读等离子体光谱(ICPAES)的分析方法精确分析了南海珊瑚的SrCa和MgCa比值,结合实测表层海水温度(SST),标定了海南岛南部三亚海域和西沙海域两个滨珊瑚的SrCa和MgCa温度计。在此基础上,尝试对两个南海北部全新世时期的珊瑚进行SST记录重建。结果显示约540aB.P.(小冰期)西沙海域夏季月均SST较现代低约1℃,而约6500aB.P.(大暖期)海南岛三亚海域夏季月均SST则高出现代1.0～1.5℃。     

桂林全新世石笋高分辨率δ13C记录及其古生态意义

桂林地区３个石笋分辨率达１０～１００ａ级的δ_１３Ｃ记录表明,全新世时期的古生态可以划分为森林植被由兴盛至退化(气候由暖湿至干凉)的３个旋回。早中期旋回人类活动影响较小,晚期旋回影响大,由于人类持续地对森林的破坏,草类植被得以生长,石漠化增强,石笋的δ_１３Ｃ值急速上升以后,很难再回复到全新世中期的水平。δ_１３Ｃ值大幅度跳跃式的下降,可以确定末次冰期旋回冰消期的终止点,其时限为１０ ７００ａＢ．Ｐ,与δ_１８Ｏ记录完全吻合,也可以与海洋氧同位素以及其它记录进行对比。     

Instability of seawater pH in the South China Sea during the mid-late Holocene: Evidence from boron isotopic composition of corals

We used positive thermal ionization mass spectrometry (PTIMS) to generate high precision δ¹¹B records in Porites corals of the mid-late Holocene from the South China Sea (SCS). The δ¹¹B values of the Holocene corals vary significantly, ranging from 22.2‰ to 25.5‰. The paleo-pH records of the SCS, reconstructed from the δ¹¹B data, were not stable as previously thought but show a gradual increase from the Holocene thermal optimal and a sharp decrease to modern values. The latter is likely caused by the large amount of anthropogenic CO₂ emissions since the Industrial Revolution but variations of atmospheric pCO₂ cannot explain the pH change of the SCS before the Industrial Revolution. We suggest that variations of monsoon intensity during the mid-late Holocene may have driven the sea surface pH increase from the mid to late Holocene. Results of this study indicate that the impact of anthropogenic atmospheric CO₂ emissions may have reversed the natural pH trend in the SCS since the mid-Holocene. Such ocean pH records in the current interglacial period can help us better understand the physical and biological controls on ocean pH and possibly predict the long-term impact of climate change on future ocean acidification.     

贵州都匀七星洞石笋剖面晚更新世高分辨率的气候地层学

通过对贵州都匀七星洞4根石笋42件系统的TIMS²³⁰Th测年及694件稳定同位素分析,揭示的气候变化记录时限范围连续1～15万年,稳定同位素样品平均分辨率晚期达150～220a,早期达440～530a。研究表明,石笋^δ18O曲线,相当于海洋记录的终止点Ⅰ及终止点Ⅱ具有特别明显的突变,其年龄分别为11.3kaB.P.及129.3kaB.P.,应为晚更新世顶、底界线的准确年代。晚更新世与深海氧同位素记录MIS2～MIS5e相对应的气候地层单元,其界限年代也分别得到了明确的界定。相当于格陵兰冰芯记录、北大西洋沉积记录的YD事件、Heinrich气候突变事件,几个石笋记录取得了一致的准确定位及定年。其中YD事件为12.76～11.52kaB.P.;Heinrich事件的H1～H6分别为17～15kaB.P.,24.6kaB.P.,30.5kaB.P.,39.3kaB.P.,47.8～46.8kaB.P.以及60.4kaB.P.。对其与北大西洋沉积及格陵兰冰芯记录所揭示的短尺度气候突变事件的可比性,表明东亚季风气候变化,与高纬度地区的气候变化呈遥相关响应,对研究东亚季风气候驱动机制及其与全球气候变化的响应关系和对晚更新世的地层学研究,均具有特别重要的意义。     

Evidence for ocean acidification in the Great Barrier Reef of Australia

Geochemical records preserved in the long-lived carbonate skeleton of corals provide one of the few means to reconstruct changes in seawater pH since the commencement of the industrial era. This information is important in not only determining the response of the surface oceans to ocean acidification from enhanced uptake of CO₂, but also to better understand the effects of ocean acidification on carbonate secreting organisms such as corals, whose ability to calcify is highly pH dependent. Here we report an ∼200 year δ¹¹B isotopic record, extracted from a long-lived Porites coral from the central Great Barrier Reef of Australia. This record covering the period from 1800 to 2004 was sampled at yearly increments from 1940 to the present and 5-year increments prior to 1940. The δ¹¹B isotopic compositions reflect variations in seawater pH, and the δ¹³C changes in the carbon composition of surface water due to fossil fuel burning over this period. In addition complementary Ba/Ca, δ¹⁸O and Mg/Ca data was obtained providing proxies for terrestrial runoff, salinity and temperature changes over the past 200 years in this region. Positive thermal ionization mass spectrometry (PTIMS) method was utilized in order to enable the highest precision and most accurate measurements of δ¹¹B values. The internal precision and reproducibility for δ¹¹B of our measurements are better than ±0.2‰ (2σ), which translates to a precision of better than ±0.02 pH units. Our results indicate that the long-term pre-industrial variation of seawater pH in this region is partially related to the decadal-interdecadal variability of atmospheric and oceanic anomalies in the Pacific. In the periods around 1940 and 1998 there are also rapid oscillations in δ¹¹B compositions equivalent changes in pH of almost 0.5 U. The 1998 oscillation is co-incident with a major coral bleaching event indicating the sensitivity of skeletal δ¹¹B compositions to loss of zooxanthellate symbionts. Importantly, from the 1940s to the present-day, there is a general overall trend of ocean acidification with pH decreasing by about 0.2-0.3 U, the range being dependent on the value assumed for the fractionation factor α_(B3-B4) of the boric acid and borate species in seawater. Correlations of δ¹¹B with δ¹³C during this interval indicate that the increasing trend towards ocean acidification over the past 60 years in this region is the result of enhanced dissolution of CO₂ in surface waters from the rapidly increasing levels of atmospheric CO₂, mainly from fossil fuel burning. This suggests that the increased levels of anthropogenic CO₂ in atmosphere has already caused a significant trend towards acidification in the oceans during the past decades. Observations of surprisingly large decreases in pH across important carbonate producing regions, such as the Great Barrier Reef of Australia, raise serious concerns about the impact of Greenhouse gas emissions on coral calcification.     

爪哇海末次冰盛期以来的季风与穿越流活动记录

文章通过SHI9034岩芯氧同位素曲线、AMS¹⁴C测年、浮游有孔虫组合及其所反映的温盐变化特点,并与爪哇海北部的SHI9006岩芯对比研究,获得如下认识:末次冰期21～15kaB.P.阶段,爪哇海区东南季风强而西北季风微弱,气候冷干,混合层薄,生物生产力高;15～10kaB.P.和10～7kaB.P.阶段由于海平面迅速上升,望加锡海峡和龙目海峡通道变宽,出现较强的表层穿越流活动;早全新世东南与西北季风都有增强,说明当时研究区气候有着更强的季节性;7～3kaB.P.阶段,爪哇海北部的穿越流主要在温跃层水中传输,到达爪哇上升流区时,上升至表层,使得混合层增厚,同时也抑制了上升流活动;约3kaB.P.以来,研究区穿越流活动表现与现代相近的性质,主要在温跃层水中传输。     

南海北部陆坡沉积记录的全新世早期夏季风极强事件

在AMS14C精确定年的基础上,通过南海北部MD05-2905站高分辨率的氧同位素、粒度、元素分析,其结果显示所有指标均在11.2～8.5kaB.P.期间发生异常,根据夏季风指标认为这是夏季风极强事件。将本站位相同纬度（20°N）的夏季平均日辐射量与季风指标进行对比,发现全新世早期（11.2～8.5kaB.P.）东亚夏季风极强事件对应着夏季太阳辐射量最大值和热带辐合带（ITCZ）的位置向北移动,说明全新世早期夏季风突然增强可能是在岁差周期控制下,较高的太阳辐射量驱动了热带辐合带（ITCZ）及其有关的雨场向北移动,在南海北部产生了大量的降水,导致氧同位素偏负、碳酸盐的含量较低以及线性沉积速率较高。这与前人对相邻地区湖光岩玛珥湖的孢粉研究、江西南岭地区泥炭的记录以及中国南方石笋记录的研究结果相吻合。该季风最强事件与阿拉伯海发现的早全新世季风最强事件以及根据格陵兰冰芯记录的早全新世甲烷最大值推测低纬地区湿地扩张相一致,这反映了南海北部全新世早期与全球低纬地区早全新世气候变化格局一致。     

岱海沉积记录的季风/干旱过渡区全新世适宜期特征*

岱海两支岩芯独立的高分辨率代用指标序列揭示了季风/干旱过渡区全新世适宜期的气候环境特征。研究表明,在约7.9~3.5kaB.P.期间,岱海流域出现植被繁盛、生产力相对增强和降水丰富的状况,显示气候条件相当适宜;而在约10.0~7.6kaB.P. 期间,流域气候以相对干燥为特征。这与早先认为的岱海流域全新世初期为适宜期,且降水丰富的结果明显不同。比较岱海与鄂尔多斯-内蒙古高原中部其他湖沼记录,季风/干旱过渡区的气候适宜期基本集中在约8~3kaB.P.的全新世中期,尽管各记录在适宜期的起止时间、表现特征上存在一些差异。这些差异的产生,一方面可能体现了不同的局地地形、植被、水文条件等对区域水热条件的不同反馈,另一方面则可能暗示不同的沉积序列、测年材料之间难以进行精细的对比。沉积序列的连续性、稳定性及高分辨率、测年材料的适用性是进行全新世气候、环境特征研究的前提。     

Stable carbon isotope analysis on fossil Cedrus pollen shows summer aridification in Morocco during the last 5000 years

Quantitative climate reconstructions from pollen typically rely on empirical relationships between pollen abundances or assemblages and climate, such as the modern analogue technique. However, these techniques may be problematic when applied to fossil sequences, as they cannot separate anthropogenic from climatic influence on pollen assemblages. Here, we reconstruct Mid‐ to Late Holocene summer aridity in the Middle Atlas, Morocco, using stable carbon isotope analysis of isolated fossil Cedrus pollen. This approach is based on well‐documented plant physiological responses to moisture stress and is therefore independent of vegetation composition. We find that there has been a general long‐term trend of increasing summer aridity in the region during the last 5000 years to the present day. The gradual decline of Cedrus atlantica forest in the Late Holocene follows this aridity trend. Additionally, we show how isolating a specific pollen type for carbon isotope analysis yields a robust climate signal, versus using pollen concentrates or bulk sediment. Our findings indicate that climate has become drier in the region and confirms the Mid‐ to Late Holocene aridification trend observed more widely in the western Mediterranean, using a novel proxy for this region with good potential for wider application in other environments.