湖相沉积物锶同位素和相关元素的地球化学行为及其在古气候重建中的应用-以柴达木盆地贝壳堤剖面为例

以柴达木盆地察尔汗古湖贝壳堤剖面的沉积物样品为研究对象,分离其酸溶组分(AS)和残留组分(AI)并分别测试.87Sr/86Sr值和元素含量,在区分了酸溶组分和残留组分.87Sr/86Sr与相关元素的基础上,进一步应用主成分分析方法(PCA)对筛选的环境指标进行分析,通过降维提取环境因子,并分析各指标间的相互关系,进而解释湖泊沉积物中酸溶组分中的多维数据,其目的主要是更好地理解湖泊形成和演化过程中所选指标对气温和降水的响应过程和特征.结果表明,贝壳堤剖面中酸溶组分和残留组分.87Sr/86Sr组成及Sr元素含量之间不存在明显相关关系,它们各自代表了不同物质来源和影响因素;酸溶组分的各项指标更好地表征了沉积区气候环境和湖泊水化学性质的特征和变化,其中Sr同化素和Rb/Sr值与Sr的活动性有很大关系,与Sr/Ca和Sr/Ba比值一起可以作为湖水盐度指标,但不呈线性响应关系;Rb/Sr值与Fe/Mn值很高的相关性证明Rb/Sr值不仅与盐度相关,也可在水热同期的气候条件下与Fe/Mn值一起作为湖水深度的指标之一.     

柴达木察尔汗贝壳堤剖面Sr同位素及其环境意义

根据对柴达木盆地察尔汗古湖贝壳堤剖面酸不溶组分和酸溶组分的提取及其87Sr/86Sr的测定,结合沉积物中Rb/Sr的变化,指出Sr同位素组成特征可有效指示源区化学风化和沉积区古环境变化;依据酸溶组分中盐度指标Sr/Ca, Sr/Ba值与Sr同位素组成曲线的对比分析,揭示酸溶组分Sr同位素可以较好的指示水体形成时的盐度。通过分析贝壳堤剖面化学风化和部分盐度变化过程,探讨了研究区晚更新世39.6~ 17.1 ka BP(未经校正的AMS 14C测年结果,全文同)湖泊高湖面的演化历史。     

柴达木盆地察尔汗古湖贝壳堤剖面碳酸盐和 瓣鳃化石碳氧稳定同位素*

通过对柴达木盆地察尔汗古湖贝壳堤剖面沉积物、生物壳体碳酸盐同位素及沉积物碳酸盐含量等多项指标的分析,探讨了贝壳堤剖面记录39.6~17.1kaB.P.(未校正¹⁴ C测年,下同)期间碳酸盐和贝壳化石碳氧稳定同位素的特征和相关关系,指出壳体化石及沉积物碳酸盐的碳氧同位素是湖泊水体温度和盐度的反映,其中δ¹⁸ O对温度的指示意义更敏感,是湖泊和古气候演化很好的代用指标。根据这些指标重建的古气候与环境变化显示,在39.6~35.5kaB.P.期间,柴达木盆地处于温暖湿润期,周围山地降水增加,盆地内湖泊发育;自35.5kaB.P.开始,气候较前期更加湿润,是湖泊发育的最佳期;22.1kaB.P.以后,气候逐步转入较温暖的干燥期,湖泊开始萎缩、退化;末期17.1kaB.P.气候环境急剧恶化,形成石盐结晶,湖泊高湖面演化史结束。     

柴达木盆地察尔汗贝壳堤剖面年代学研究*

利用常规¹⁴ C、加速器(AMS)和²³⁰ Th等测年方法,对位于青藏高原东北部柴达木盆地察尔汗古湖贝壳堤剖面化石贝壳、湖泊沉积(包括现代沉积)样品有机质(包括碱性残留和胡敏酸组分)、碳酸盐(CaCO₃)和剖面顶部石盐(NaCl)晶体在不同实验室进行了系统的实验研究,探讨了不同样品测年结果的可靠性和精确性,并通过与已有研究结果的对比,对柴达木盆地贝壳堤剖面记录的察尔汗古湖高湖面演化历史进行了探讨,得出察尔汗古湖高湖面形成于约39.7~17.5 ¹⁴ C kaB.P. ; 研究证明柴达木盆地沉积物中有机质含量很低,且主要来源于菌藻类等低等藻类和微生物,受老碳和溶解物质影响强烈,因此必须经过多种方法综合测年才能比较可靠地确定所测样品的形成年代; 测年结果的不确定性不仅来源于样品自身元素(同位素)的特性和沉积过程中再沉积作用的影响,也可能源自于放射性¹⁴ C产生过程的不稳定性; 对比发现贝壳化石老于同层位有机质¹⁴ C年龄15~18ka,这可能与柴达木盆地所处的特殊地理位置和巨大的古湖泊面积及水体有关; 同时,不平衡铀系测年在确定开放体系矿物晶体年代应用中的可靠性尚须进一步深入分析,其机理也还需要探讨和实验研究。     

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。     

岱海沉积物元素地球化学特征反映的末次冰期以来季风/干旱过渡区的水热条件变迁

对季风/干旱过渡区封闭湖泊岱海两支沉积物岩芯进行了元素地球化学特征分析.结果揭示,沉积物中易(溶)迁移元素和难(溶)迁移的相对含量及其与铝元素的比值可以很好地表征流域化学风化强度的变化.进而指示盆地的水热状态.过去大约16.2kaB.P.以来,易迁移元素含量以及与铝元素比值较高的几个阶段,如大约14.5～11.7kaB.P.,10.3～9.0kaB.P.,6. 7～3.5kaB.P.,3.2～2.6kaB.P.和1.7～1.2kaB.P.代表了岱海盆地化学风化较强、水热条件较好的时期,其中以大约6.7～3.5kaB.P.期间的水热条件最为优越,可以认为是流域气候的适宜期.而沉积物中难(溶)迁移元素在大约14.5kaB.P.前,11.7～10.3ka B.P.,3.5～3.2kaB.P.和2.6～1.7kaB.P.期间以及1.2kaB.P.以来的相对高含量则代表了流域相对较弱的化学风化强度和较为低下的水热状态.大约9.0～6.7kaB.P.期间,沉积物较高的CaO/MgO比值与降低的易迁移元素含量指示了流域较高温度条件以及由此导致的高蒸发率.综合岱海沉积物已有的有机质、碳酸盐、花粉组合、湖面变化等方面的数据,认为岱海盆地末次冰期以来,水热同期的模式涵盖了岱海除大约9.0～6.7kaB.P.外的各个阶段.而大约9.0～6.7kaB.P.期间,季风有效降水与温度变化的不一致现象可能更多地反映了岱海自身的自然环境特点对区域大尺度气候变化的反馈.     

西藏纳木错沉积物单水方解石出现前后的环境变化

2005年在西藏纳木错水下60m处钻取一支332cm的湖芯,沉积物皆为灰黑-黑色碳酸盐粘土。对湖芯1cm间隔取样并进行X射线、扫描电镜、Sr/Ca和碳酸盐含量的分析。研究发现,纳木错湖底0～258cm沉积物中出现了单水方解石,扫描电镜下该矿物晶形完好,这是个亚稳定矿物,具有重要环境意义。利用碳酸盐含量（24.12%～54.52%）、Sr/Ca比值（<0.006）、方解石中Mg含量（MgCO₃mol%<3.325%）、石膏、粘土矿物（伊利石和镁绿泥石）、单水方解石成因和沉积速率讨论了单水方解石形成前后湖泊环境的变化。2.1cal.kaB.P.单水方解石开始出现,此时纳木错湖水性质推断为pH>8.6,mol Mg/Ca>6.5,Ca²⁺和SO^2-₄离子浓度足以沉淀少量石膏,演化至现代,表层湖水性质为pH=9.4,mol Mg/Ca=10.03～15.03,SO^2-₄浓度较高,Ca²⁺含量低,不足以沉淀石膏。单水方解石出现之前的3.0～2.1cal.kaB.P.时期,沉积速率低（0.134mm/a）,蒸发作用强度不稳定,湖水温度低,矿化度呈上升趋势。该矿物出现后的2.1～1.7cal.kaB.P.时期,沉积速率快（1.639mm/a）,矿化度稳定,气温低,1.8cal.kaB.P.温度达到最低值,为气候冷事件的表现。较快的沉积速率（>1.168mm/a）是纳木错单水方解石形成的重要原因之一,碳酸盐沉积加快和入湖碎屑物质增加是沉积速率加快的主要原因。     

内蒙古西部额济纳古湖小狐山剖面有机质与碳酸盐组成及其古环境意义

通过对内蒙古西部额济纳古湖小狐山剖面沉积物中总有机碳（TOC）、总氮（TN）和碳酸盐（CaCO₃）含量的测定,分析了沉积物中有机碳来源和无机碳酸盐成因,结果表明在额济纳古湖相沉积物中TOC与TN含量呈同步变化规律TOC/TN(9.91～10.16)较稳定,其有机质为湖泊自生藻类和外源维管束植物共同提供。沉积物中有机质含量受温度、降雨量变化控制,当气候暖湿时,沉积物中有机碳含量高,气候冷干则有机碳含量低,因此,有机碳含量是所研究剖面气候温湿与干旱（冷）的有效环境指标。湖泊自生碳酸盐含量则由湖区有效湿度和生物量的共同控制,其稳定碳同位素指示有效湿度的大小。粒度,特别是小于2μm组分含量与水动力和搬运介质相关,其组分含量大于5％时为湖相沉积且随其含量增加指示水深加大。根据沉积物中有机碳、碳酸盐、无机碳同位素和粒度,并结合剖面岩相特征,探讨了研究区该时段（按剖面深度划分）气候变化和湖泊演化历史：  ？～38.15 ¹⁴C kaB.P.(1039～949cm)湖区气候为冷干环境特征,风沙盛行;   38.15～31.73 ¹⁴C  kaB.P.(949～780cm)气候环境逐步改善,降水量增加,湖泊开始发育并到达湖泊高水位阶段;   31.73～22.79  ¹⁴C  kaB.P.(780～482cm)湖泊水位有所下降,气候有明显的波动,但仍维持在较高的水位上,湖区环境仍为暖湿气候;   22.79～17.37 ¹⁴C  kaB.P.(482～304cm)气候开始变冷变干,湖区有效适度持续减小,湖泊退缩;   17.37～14.00 ¹⁴C kaB.P.(304～178cm)湖泊退出研究点,区域有效湿度小,风沙盛行,存在短暂气候事件,造成暂时性流水;   14～4  ¹⁴C kaB.P.(178～0cm)湖泊开始再度扩张、水位上升,湖水变淡,到该阶段的后期气候又一次发生转变,湖区再度成为干旱环境,有效湿度减小,湖泊开始萎缩、直至消失。     

高Rb/Sr岩石样品中Sr同位素多接收等离子体质谱分析校正方法研究

在利用多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICPMS)进行Sr同位素研究中,⁸⁷Rb对于⁸⁷Sr干扰严重。岩石样品经化学分离后,若Rb/Sr≤0.0005,可以采用传统的Rb干扰扣除方法对⁸⁷Sr/⁸⁶Sr测定值进行准确校正;但如果样品经化学分离后仍含有较高的Rb/Sr比,同量异位素的干扰不能完全消除,则无法准确校正⁸⁷Sr/⁸⁶Sr测定值,直接影响测试结果的准确度。本文针对Rb含量较高的地质样品设计两组实验,确定了⁸⁷Sr/⁸⁶Sr同位素比值与Rb/Sr元素含量比值的关系曲线,并在理论分析的基础上,提出包含同位素分馏校正在内的重叠干扰校正方法。通过实际地质样品验证,该校正方法在较高含量Rb元素共存(Rb/Sr<0.2)的Sr纯化液中,能够较为准确地测量⁸⁷Sr/⁸⁶Sr同位素比值,降低了MC-ICPMS分析地质样品中Sr同位素时对化学分离步骤的要求。而对于Rb/Sr>0.2的地质样品,因仪器分馏效应和记忆效应影响,测试精确度大大降低,无论采用何种校正方法均无法得到准确的Sr同位素组成。     

距今30ka前后我国西北沙漠地区古环境

本文根据实地野外观测和前人的研究,对我国西北干旱地区约30kaB.P.时的环境特征进行了综合分析.选用的古环境指标主要来源于风成沉积、湖泊沉积及河流沉积,年代主要依靠14C测年.依据巴丹吉林沙漠沙丘上的钙质胶结层、植物残体、塔克拉玛干沙漠河流沉积以及巴丹吉林沙漠腹地及其西北缘的高湖面,认为在30kaB.P.前后,我国西北干旱地区雨量较高,气候较湿润.柴达木盆地、腾格里沙漠西部、古尔班通古特沙漠西部及内蒙古地区湖泊同期的高湖面也支持这一观点.     

青藏高原中部2.8Ma以来的化学风化与环境演化的湖泊沉积记录

对采自青藏高原中部错鄂湖泊钻孔近200m以上深处、形成于2.8Ma以来的沉积岩岩芯中Sr,Rb,Zr含量变化及Rb/Sr,Zr/Rb比进行了研究,并结合其岩性、粒度、粘土矿物组成,分析了该地区2.8Ma来化学风化的相对强度和古环境演化过程。研究表明,2.8Ma来青藏高原中部的环境经历了3个演化阶段：在深约197－170m(2.8-2.5Ma)岩性段,低Sr含量,高Rb/Sr和Zr/Rb比揭示的是较弱的化学风化过程,反映了与当时强烈的高原隆升运动有关;在约170－38.5m（约2.5-0.8Ma)段,高Sr含量,低Rb/Sr和Zr/Rb比记录的是该流域较强的化学风化阶段,与高原在稳定期中部总体处于温湿或凉湿的环境下的结论吻合;在38.5-0m（约0.8-0Ma)段,总体Sr含量处于相对低值,Rb/Sr比相对较高,化学风化相对较弱,表明高原中部处于较寒冷的环境之中,高原整体已隆升到4000m以上。     

吉林柳河哈尼湖13.1～4.5cal.kaB.P.古气候演化的高分辨率孢粉记录

利用哈尼湖钻孔剖面深837～304cm高分辨率的123个孢粉数据和序列中的8个14C测年数据重建中国东北地区13.1～4.5cal.kaB.P.的植被与气候历史:13.1～11.9cal.kaB.P.植被变化明显,整个时段气温较低,后期有回暖趋势,在12.8～12.1cal.kaB.P.的快速变干可能是新仙女木事件在本区的体现;11.9～10.0cal.kaB.P.孢粉显示为以云杉、冷杉等针叶树为主,气候湿冷;10.0～8.2cal.kaB.P.针叶林逐步演替为落叶阔叶林,为升温阶段;8.2～4.5cal.kaB.P.落叶阔叶林进一步发展,气候温暖湿润。同时孢粉序列也反映出,东北地区在气候变暖后发生了一系列的冷暖干湿波动,大致可与我国北方和南方其他地区的气候事件对应。经频谱分析表明,本区在研究期间存在1100a,700a,500a及300a的气候变化的准周期。     

黄土高原S5古土壤形成期的气候环境——陆生蜗牛化石的证据

通过对黄土高原西峰黄土剖面S5古土壤层的蜗牛化石组合研究发现,西峰地区在S5形成时（对应海洋氧同位素MIS₁5¹3期）气候环境经历了几次显著的波动。MIS₁5期地层中绝大多数蜗牛壳体被溶蚀,气候非常暖湿,夏季风强盛;MIS₁4是个弱冰期,蜗牛组合显示气候以凉湿为主,仍然有较强的夏季风影响;MIS₁3期以暖湿的气候为主,夏季风增强。对温湿蜗牛种类冠状砂螺（Gastrocopta coreana）含量变化的功率谱分析显示出明显的23ka周期,表明岁差轨道驱动的低纬太阳辐射是控制黄土高原夏季风变化的主导因素;冷干种类杂色虹蛹螺（Pupilla aeoli）含量变化具有明显的100ka和弱的43ka周期,说明即使在气候特征总体暖湿的背景下,冬季风仍具有以全球冰量（100ka）为主导周期的变化特征。在海洋和冰芯记录中MIS₁3和MIS₁5时期并不是最温暖的间冰期,但在黄土高原受到强夏季风的持续影响,这可能与此时北半球夏季太阳辐射量的增强和北大西洋深层流强度的加强有关。S5中S5SS₁与S5SS3两层强烈发育的古土壤可能有着不同的发育机制,S5SS₁因其较发育的母质、超长的成壤期,形成了比S5SS3更强的成壤特征。分析认为全球冰量与轨道驱动的北半球太阳辐射对MIS₁5¹3时期黄土高原气候环境的演替和冬、夏季风的消长起了主导作用。     

陆生蜗牛化石与中国黄土古环境研究

陆生软体动物蜗牛是黄土地层中重要的环境指标,在黄土地层成因和古环境与古气候研究方面具有独到的优势。文章总结了近10多年来中国黄土陆生蜗牛化石研究的成果,包括黄土蜗牛化石的研究方法、蜗牛典型种属及组合的地理分布与生态环境等,侧重介绍了黄土高原不同时间尺度的蜗牛记录及陆生蜗牛化石在黄土古环境和古气候研究中的新进展。     

长江三峡中坝遗址地层中Rb和Sr的分布特征及其古气候演变

长江三峡中坝遗址是我国目前仅有的、世界上也罕见的“通史式”遗址。它不仅蕴藏大量的文化内涵,而且包含极其丰富的自然环境演变信息,是研究三峡地区全新世环境演变的理想剖面。文章对遗址地层中的铷(Rb)、锶(Sr)值进行了测试和分析,结果显示:剖面地层中的Rb含量偏低,而Sr含量偏高,Rb/Sr比值变化较大。Rb/Sr比值已成为区域环境演变研究中较理想的替代指标,根据Rb/Sr比值的环境指示意义发现,长江三峡地区全新世中晚期以来气候环境总体上逐渐趋于恶劣;气候冷暖湿热变化剧烈;寒冷期长于温暖期,并没有明显地向湿热方向发展趋势。与长江下游等东部其他地区相比,长江三峡地区也存在明显不同之处:隋唐暖期不明显,而中世纪暖期表现显著。     

Role of late glacial to mid-Holocene climate in catchment weathering in the central Tibetan Plateau

The lightness (L*) and concentrations of Rb, Sr and organic carbon (C_org) have been measured in the age-constrained lake sediment cores recovered from Co Ngoin in the central Tibetan Plateau. Dissolved Sr flux is a dominant control on the variation of Rb/Sr ratios in the sediments. Variations in color and geochemical proxies of Co Ngoin sediments display a continuous history of late glacial to mid-Holocene chemical versus physical weathering intensity in response to past climatic changes between approximately 13,500 and 4500 cal yr B.P. A lower chemical weathering under a late glacial climate was followed by a higher weathering during the Holocene Optimum. Weathering intensity in the central Tibetan Plateau catchment also responds to well-known climatic events, such as the Younger Dryas (YD), and possibly the Holocene Event 5 (HE-5). Although there are differences in time or duration of the climatic events, many of the well-known late glacial to mid-Holocene events occurred in high-elevation Co Ngoin where atmospheric circulation might play a hemispherical role in climatic forcing. The sediment hiatus since c. 4200 ¹⁴C yr B.P. in the Co Ngoin indicates a period of desiccation that was probably associated with a sharp decrease in summer monsoon strength. Our lascustrine results not only imply catchment weathering variations in response to late glacial to mid-Holocene climatic conditions in the central plateau, but also provide further evidence for global connections between regional climates.     

长江三峡中坝遗址地层中Rb和Sr的分布特征及其古气候演变

长江三峡中坝遗址是我国目前仅有的、世界上也罕见的“通史式”遗址。它不仅蕴藏大量的文化内涵,而且包含极其丰富的自然环境演变信息,是研究三峡地区全新世环境演变的理想剖面。文章对遗址地层中的铷(Rb)、锶(Sr)值进行了测试和分析,结果显示:剖面地层中的Rb含量偏低,而Sr含量偏高,Rb/Sr比值变化较大。Rb/Sr比值已成为区域环境演变研究中较理想的替代指标,根据Rb/Sr比值的环境指示意义发现,长江三峡地区全新世中晚期以来气候环境总体上逐渐趋于恶劣;气候冷暖湿热变化剧烈;寒冷期长于温暖期,并没有明显地向湿热方向发展趋势。与长江下游等东部其他地区相比,长江三峡地区也存在明显不同之处:隋唐暖期不明显,而中世纪暖期表现显著。     

黄土高原西部白草塬剖面L1和S1记录的古地磁场特征

文章详细介绍了黄土高原西部白草塬剖面L₁和S₁的高精度岩石磁学和古地磁学结果,讨论了白草塬剖面记录古地磁场的特征,从古地磁学角度探讨白草塬剖面黄土沉积的连续性。白草塬剖面黄土沉积物中,磁铁矿和磁赤铁矿是主要的亚铁磁性矿物,粗粒的碎屑磁铁矿是其天然剩磁和特征剩磁的主要载体。白草塬剖面L₁和S₁没有记录任何地磁漂移。其中,L₁没有记录MonoLake或Laschamp地磁漂移的原因可归结于黄土沉积物堆积过程的不连续性和/或粗颗粒载磁矿物的重磁化,但前者是主要原因,而堆积过程的不连续性是导致S₁没有记录Blake地磁漂移的主要原因。因此,白草塬剖面的L₁和S₁分别存在约2000年和4000～6000年的沉积不连续。     

Typical Geochemical Elements in Loess Deposit in the Northeastern Tibetan Plateau and Its Paleoclimatic Implication

Widespread and thick loess deposit in the northeastern Tibetan Plateau records paleoclimatic changes over the Quaternary period. In this study, we investigate a loess section located in a high terrace of the Huangshui River in the Xining Basin, and collect samples at 20-cm intervals by digging a well of 16-m depth （including paleosol S1 and SO and several loess interlayers over the last glacial-interglacial cycle and the Holocene）. Concentration of some active elements （Sr and Ca） and inert elements （Rb, Zr, Ti） in these loess samples are measured. The results show that ratios of those elements （oxide）, such as Rb/Sr, Ti/Sr, and Zr/CaO ratios, would indicate sensitively paleoclimatic changes, especially the history of precipitation over the last glacial-interglacial and the Holocene. Moreover, the curves of Rb/Sr, Ti/Sr, and Zr/CaO ratios had almost the same variable trends from the bottom to the top and also closely correlated with values of magnetic susceptibility and the global marine δ^18O record. But compared with the curves of magnetic susceptibility, the changes of ratios of these elements （oxide） are clearer and easy to understand. Therefore, the ratios of these typical chemical elements in the loess deposit may be used as an excellent index to investigate the history of paleoclimate, particularly precipitation changes in the northeastern Tibetan Plateau.