松嫩平原西部水体环境盐化机制的同位素证据

利用环境同位素D与^18O示踪的方法,分析了松嫩平原西部典型代表区—洮儿河流域水体的δD和δ^18O组成分布特征,绝大部分水样点在全球大气降水线(LMWL)上或附近,反映其具有统一的补给来源,均来源大气降水或经过轻微蒸发的地表水。少数水样点明显地偏离当地大气降水线,且分布在其下方,反映该水体受到了强烈的蒸发作用,使其δD和δ^18O同位素产生了显著的分馏而富集。本文重点研究了地下水的D盈余值“d”与TDS以及δ^19O与TDS关系,揭示了地下水的盐化作用过程,不仅与蒸发作用有关,更主要取决于水-土相互作用。证明了地表水对盐渍土的溶滤作用,是该区潜水盐化的重要机制。     

重庆市2013年10-12月大气降水中氢氧同位素特征及水汽来源分析

文章对重庆市北碚区西南大学2013年10-12月间降水进行收集并测试样品中δD、δ18O值,得到重庆大气降水线方程δD= 8.19δ18O +17.39,r=0.97（p<0.01）;发现该地区降水中δ18O与气温、降水量之间存在反温度效应、降雨量效应,但两种效应表现较弱。该地区10-12月大气水汽中的同位素组成复杂,场降水中δD、δ18O的变化受天气因素影响大。为了探明水汽输送过程中δD和δ18O变化,采用HYSPLIT模式追踪并验证该地区场降水的水汽输送轨迹,发现该时段西南季风较弱,主要受西风影响,10、11月水汽主要来源于中国横断山区三江流域,测试表明11月存在台风海燕的水汽输送记录,不同水汽来源对δD、δ18O的影响较大、响应值较好,12月主要来自局地的水汽蒸发。      

云南白水台雨水线及钙华δ^18O的季节和空间变化特征

通过对云南白水台地区大气降水的δ^18O和δD分析,建立了该地区大气降水线,并通过对过量氘的季节性变化特征分析,发现白水台地区冬、夏季风期间降雨云团有不同的源区。对现代钙华δ^180的季节变化分析,发现钙华的氧同位素值与降雨量有着较好的线性负相关关系,这一发现为下一步利用古钙华的占δ^18O数据重建古降水量提供了基础。研究还发现,水中富含轻氧稳定同位素^16O的H2O向大气蒸发以及富含轻氧稳定同位素^16O的CO2向大气逸出,是下游方向钙华δ^18O增加的主要原因。     

中国西南季风区不同水体稳定同位素特征分析——以重庆市北碚区为例

通过对重庆市北碚区大气降水和马鞍溪上游龙滩子水库水的氢氧同位素进行的一个水文年（2014年）的样品采集监测,研究了降水与水库的水的氢氧同位素之间的变化特征和规律。结果表明:(1)北碚区大气降水线方程为δD=8.82δ18O+18.97,r=0.99,n=101,P<0.01,δD、δ18O相关性极为显著,该区大气降水线斜率和截距大于全球大气降水线和中国大气降水线,表明研究区主要受西南季风和东南季风双重影响所致;(2)大气降水中δD、δ18O具有明显的季节变化,夏半年偏负,冬半年偏正;(3)大气降水中的δD、δ18O与降水量及温度呈现负相关关系,降水量效应显著,并且该效应远远掩盖了温度效应;(4)水库中水的δD、δ18O具有极好的相关性,其δD、δ18O样点落于全球大气降水线和区域大气降水线附近,并且水库中水d的变化趋势与降水d基本一致,表明前者主要补给来源是降水,而水库中水的δD、δ18O和d的变化幅度远远小于降水,表明前者不仅受降水补给,还受土壤水和地下水的补给。      

“蒸发效应”对洞穴滴水氧同位素信号传递的影响——以广东宝晶宫现代观测为例

21世纪初Wang等[1]获得葫芦洞记录以来,我国石笋氧同位素序列陆续发表并得到古气候学界的广泛引用,同时我国季风区石笋氧同位素的气候意义也备受关注,这就需要加强对降水-滴水-石笋δ18O信号传递过程的观测和研究.以往对石笋δ18O信号的解译是基于洞穴滴水δ18O继承了大气降水δ18O的假设,然而在地中海地区发现表层岩溶带存在强烈蒸发过程[2],因此干旱地区的洞穴滴水δ18O并没有直接反映降水δ18O.Li等[3]指出在我国喀斯特地区的水体中也存在明显蒸发作用,表现在洞穴水δ18O-δD落在蒸发线上,但未对洞穴滴水进行单独评估和系统观测.我国过去的洞穴现代观测发现滴水δ18O-δD落在地方性大气降水线上[4]、滴水g18O算数平均值与降水δ18O加权年均值较为接近[5]以及滴水与降水δ18O具有"雨季偏轻,旱季偏重"的一致变化规律[6],这些观测结果表明洞穴滴水δ18O继承了降水δ18O信号.     

格尔木河流域平原区地下水同位素及水化学特征

通过对格尔木河流域天然水中H、O同位素的系统分析,根据地球水化学组分循环演化规律所对应流域不同类型水体的同位素组成的研究,结果表明流域地下水化学组分随流程增加溶滤作用增强,地下水中HCO3-逐渐减少,Cl-则增加。运用δD、δ18O和3H值建立了流域大气降水线方程,确定了山区河水非当年降水补给,河水以地下水补给为主、其次是冰雪融水和大气降水补给。山区降水δD、δ18O均值低于平原区,表明平原区降水受蒸发作用影响水中富重同位素。平原区地下水中的δD、δ18O值与河水基本一致,说明平原区地下水主要受河水出山后入渗补给。承压自流水δD和δ18O值与潜水基本一致,根据地下水的3H值确定早于潜水年龄,且随埋深增加δD、δ18O值减少的趋势,其年龄亦由新变老。     

伊犁河谷大气降水同位素特征及环境意义

为研究伊犁谷地降水同位素特征及陆地内循环对其的影响,为流域水循环研究提供科学依据,于2016年在伊宁、尼勒克和新源气象站采集降水同位素样品。采用回归对照法,讨论降水氘氧稳定同位素的影响因素。研究表明,研究区大气降水线方程为δD=7.96δ^18O+10.37,与全球大气降水线较接近,水汽主要由西风带输送;氘氧同位素夏季富集冬季贫化而氘盈余无规律变化,由于降水过程不仅受温度效应,还受到水汽陆地再循环影响。冬夏季样品在D-^18O关系图中分布特征,证明冬夏影响降水同位素本地水循环因素不同,夏季以云下蒸发为主。根据对氘过量计算的夏季降水雨滴蒸发分数为4.1%~16.2%,再次证明夏季云下蒸发效应明显,而在冬季云下蒸发效应几乎不会发生。     

桂林地区大气降水的D和18Ｏ同位素的研究

研究了桂林地区近16年( 1983- 1998年)大气降水的氢、氧同位素组成,提出了大气降水线方程为δD= 8. 42,δ18O+ 16. 28,并与全国及全球降水线进行比较,揭示了该降水线方程的特征。研究表明,桂林地区全年降水来源较为单一,主要为海洋性气团,夏季大气降水同位素组成主要受夏季风或夏季台风的影响,降水δ值与平均降水、气温均呈负相关关系; 降水中δD与δ18O 的降水量效应明显,且该影响远远掩盖了温度效应。      

桂林地区大气降水（大雨、暴雨）的δ18O特征与水汽来源的关系

现代大气降水中的稳定同位素组成是全球或地区性水循环研究的重要载体,同时也是冰芯、湖泊沉积物、石笋等研究领域中,运用稳定同位素来重建古气候的重要依据。本文研究了桂林地区2012年大气降水氢氧同位素组成的逐日变化,根据得到的132组氢氧稳定同位素组成建立了桂林局地大气降水线方程为δD = 8.8δ18O +17.96,大气降水的δ18O波动范围在-13.56‰～+1.07‰,平均为-5.78‰;δD在-101.52‰～+16.02‰,δD平均为-41.03‰。利用降水稳定同位素资料,结合后向轨迹法( Backwards Trajectory) 对桂林水汽来源进行追踪,发现夏季(5-10月)大气降水的水汽来源主要受来自孟加拉湾、南海海洋气团的水汽源的控制,降水的δ18O值偏负,平均为-8.02‰(共64组);冬季(11月至次年4月)大气降水的水汽来源主要受来自西太平洋暖湿气团、冬季风冷气团或西风环流所携带的大陆性气团的影响,不同程度地叠加了局地环流气团、蒸发水汽的补给的影响,降水的δ18O值偏正,平均为-2.86‰(共68组)。研究结果表明,桂林大气降水的稳定同位素组成与降水的水汽来源、季风类型、降水云团来源和性质有关,来自远距离输送夏季风海洋性水汽团形成的降水δ18O值较低(或偏负), 而大陆性气团或局地蒸发水汽循环形成的降水δ18O值较高（或偏正）。不同的水汽来源是决定降水中δ18O值变化的主要因素,因此,通过降水中的δ18O值,特别是其季节变化的特征分析,可以反过来揭示当地降水的水汽来源。      

北京西山鹫峰地区氢氧稳定同位素特征分析

以北京西山鹫峰低山区为研究对象,通过对降水、土壤水、泉水氢氧同位素的变化特征分析,研究低山区的降水-土壤水-泉水的转化关系。研究结果表明:该地区的雨季降水线与北京地区的地区降水线有明显区别,斜率和截距偏小;随降雨的进行氢氧同位素特征有时程变化和降雨量效应,而降雨的时程变化也对土壤水的同位素特征产生了影响;土壤水分同位素分布特征相对集中,蒸发线方程的斜率和截距相对于当地大气降水线和雨季降水线都偏小,栓皮栎混交林土壤水对于小雨量次降雨事件反应不敏感,而侧柏林的土壤水分运动较栓皮栎混交林快,说明林分类型和土壤特性对不同水体之间的转化有影响;泉水的同位素特征比较稳定,主要分布在地区降水线的右下方与雨季降水线的交点附近;不同水体中降雨的δD、δ18O变化范围较大,土壤水次之,泉水变化最小;而沿着大气降水-土壤水-地下水(泉水)这一水循环路径,水体中的δD、δ18O值总体上呈下降趋势。     

Isotopes (δD and δ18O) in precipitation, groundwater and surface water in the Ordos Plateau, China: implications with respect to groundwater recharge and circulation

The characteristics of δD and δ¹⁸O in precipitation, groundwater and surface water have been used to understand the groundwater flow system in the Ordos Plateau, north-central China. The slope of the local meteoric water line (LMWL) is smaller than that of the global meteoric water line (GMWL), which signifies secondary evaporation during rainfall. The distribution of stable isotopes of precipitation is influenced by temperature and the amount of precipitation. The lake water is enriched isotopically due to evaporation and its isotopic composition is closely related to the source of recharge and location in the groundwater flow systems. River water is enriched isotopically, indicating that it suffers evaporation. The deep groundwater (more than 150?m) is depleted in heavy isotopes relative to the shallow groundwater (less than 150?m), suggesting that deep groundwater may have been recharged during the late Pleistocene and early Holocene, when the climate was wetter and colder than at present. All groundwater samples plot around the LMWL, implying groundwater is of meteoric origin. Shallow groundwater has undergone evaporation and the average evaporation loss is 53%. There are two recharge mechanisms: preferential flow, and the mixture of evaporated soil moisture and subsequent rain.     

小冰期多尺度气候波动:贵州董哥洞高分辨率石笋记录

具有精准年代控制的高分辨率气候记录对于深入研究小冰期气候变化规律具有重要意义。文章基于黔南荔波县董哥洞D41石笋(研究部分长约11.7 cm)的24个U-Th绝对定年和1165组碳、氧稳定同位素测试数据,得到明清小冰期期间(公元1400~1880年)平均分辨率高于0.5年的洞穴上游水汽传输路径的空间集成降雨量变化记录。重建记录表明小冰期内部气候变化存在着多年代际-百年尺度变化趋势和年际-年代际波动;次级波动与干旱事件、火山活动的响应表明石笋δ^18O能够反映一定的大尺度气候信号。D41石笋的δ^18O序列功率谱分析结果显示出160年、11.5年、9年以及14~16、4~7年周期,可能反映了太阳活动和ENSO等地球气候系统内部变率的影响。中国南北方多根石笋氧同位素记录的对比表明崇祯大旱期间(公元1628~1643年)石笋记录显示出与历史文献资料类似的干旱边界,从南方至北方水汽传输路径上,干旱状态反映的空间集成降雨量减少可能是引起北方石笋氧同位素偏重的主要原因。另外,石笋氧同位素记录在年际-年代际尺度上明显的区域差异表明在短尺度上将单个洞穴石笋氧同位素记录用作亚洲季风强度指标时需要谨慎。     

达里诺尔湖水体稳定氢、氧同位素组成变化对结冰过程的响应

利用自然界中广泛分布的环境同位素进行湖泊水体演化过程分析已经成为现代湖泊科学的重要研究方向.通过采集内蒙古达里诺尔湖(简称"达里湖") 2013年1月份的湖冰、湖水, 2012年夏季湖水与湖区大气降水等, 共分析了77个样品中稳定氢(H)、氧(O)同位素值的变化情况, 在此基础上对达里湖水体稳定H、O同位素组成变化及其对结冰过程的响应进行了详细分析, 结果显示: (1)伴随结冰过程的完成, 各站点深层冰体(厚度~65 cm)中δD、δ18O值比表层冰体(厚度~15 cm)中的值出现不同幅度的偏重.而冰下水体中δD、δ18O平均值则比冰体中的平均值分别偏轻约13.85‰、2.23‰.在冰层形成的快速与稳定阶段, δD、δ18O值的变化幅度也存在差异.同时, 冬季外源水体的输入对各站点间同位素值差异的影响比夏季更明显; (2)夏季湖水、冬季湖水与湖冰的同位素值均落在全球大气降水线与湖区大气降水线之外, 显示湖泊冰封之前, 蒸发对湖泊水体同位素偏移存在一定程度的影响; 而冬季湖水与湖冰的同位素值基本位于同一斜率区间, 且全部落在夏季湖水同位素值的右侧, 显示两者之间并不存在明显的蒸发分馏作用, 造成上述现象的因素只能归结于结冰过程.      

Spatio-temporal variation of stable isotopes of river waters, water source identification and water security in the Heishui Valley (China) during the dry-season

Spatial variations of δD and δ¹⁸O among seven tributaries and their water sources were investigated in the Heishui Valley of the Yangtze River, China during the dry-season in 2004. A one-way ANOVA (analysis of variation) test showed that both δD (p?18O (p?=?0.045) spatially varied among the seven tributaries. The plot of δ¹⁸O versus δD for the river water collected at different locations showed that isotopic fractionation occurred during the snow and glacial melting process. The depleted δ¹⁸O and δD in the tributary waters distributed above the local meteoric water line (LMWL) suggested that the glacial and early snowpack meltwater largely recharged these streams during the early spring. The meltwater was isotopically distinguishable from the precipitation and river water, which had been evaporated during warmer and drier times. If glaciers and snow accumulation diminish with future climate warming, the recharge of these tributaries’ baseflow will decline and the security of the water resource in this watershed will be threatened.     

重庆金佛山羊口洞滴水δD和δ18O变化特征及其环境意义

为探究重庆金佛山羊口洞滴水δD、δ18O化特征及其环境意义,于2011年10月—2013年8月,在重庆市南川区金佛山逐月采集大气降水样品及羊口洞6个滴水监测点的滴水样品进行氢氧稳定同位素测定。通过比较降水和滴水δD、δ18O的分布特征、季节变化及其与降水量和温度的相关性发现：（1）6个滴水点δD、δ18O较均匀地分布在当地降水线附近,表明从降水到形成滴水的过程受蒸发作用影响不大,滴水δD、δ18O现了当地大气降水δD、δ18O均水平。（2）受洞穴上覆岩土层的调蓄作用影响,羊口洞各滴水点δD和δ18O变化范围（—46.77~—62.09‰,—7.05~—9.96‰）远小于洞外大气降水（5.17~—115.63‰和—1.44~—16.10‰）,且较降水存在明显滞后性。但滴水δD、δ18O体上也表现出与降水相同的夏季偏轻、冬季偏重的趋势,主要受降水水汽源地季节性差异影响。而各个监测点滴水δD和δ18O节变化差异较大,可能受滴水点上覆岩层裂隙管道发育、覆盖层厚度、岩溶水滞留时间、形成滴水前的运移路径、滴水点的高度和滴率、滴水点距离洞穴出入口的距离等多种原因影响。（3）降水δ18O现出＂降水量效应＂和＂负温度效应＂,羊口洞滴水δ18O降水量总体上也呈负相关关系,而与温度（水温、洞温）的关系则呈现多样化：1#、2#、5#、6#监测点滴水δ18O温度不相关,3#点为正相关,4#点为负相关,这与各监测点滴水δ18O节变化差异较大有关。（4）总体而言,羊口洞滴水δD和δ18O季节变化不够明显,利用羊口洞石笋进行季节分辨率的古气候重建可能性较低,但滴水δD和δ18O承了当地大气降水信息,其石笋δ18O用于重建年际~十年际及更长时间尺度的古气候变化。     

The deuterium and oxygen-18 isotopic composition of the groundwater in Khan Younis City,southern Gaza Strip (Palestine)

The environmental isotopes such as deuterium and oxygen-18 and the deuterium excess values have been used to assess groundwater recharge sources and their dynamics in Khan Younis City in the Gaza Strip in Palestine. Three isotopic lines for the relationship between δ²H and δ¹⁸O were used in the assessment. These lines are the global meteoric water line, the local meteoric water line and the groundwater evaporation line. The δ²H, δ¹⁸O and D-excess values indicate that deuterium and oxygen-18 isotopes originated in the groundwater from groundwater mixing with rainfall and other water sources; the groundwater in the area recharged from rainfall from a distant source that came from the Mediterranean Sea and from other sources such as wastewater, irrigation return flow and saline water.     

Relative humidity recorded in tree rings: A study along a precipitation gradient in the Olympic Mountains, Washington, USA

Humidity is one of the fundamental variables controlling the energy balance of the climate, and thus its reconstruction represents a significant aspect of paleoclimate studies. We here report a study of oxygen and hydrogen isotopic compositions of tree-ring cellulose along a precipitation gradient in the Olympic Mountains of Washington, USA, to examine whether and how the relative humidity is recorded in the cellulose. According to the physically-based model described in this paper, the relationship between δD and δ¹⁸O of cellulose should have the same slope as that in the relationship between δD and δ¹⁸O in the source water (∼8.8 for the local meteoric water) if there is no systematic variation in the mean relative humidity among study sites and no physiologic differences among trees. However, our isotopic analyses of cellulose yielded a slope of 17.4, significantly greater than the slope of the Local Meteoric Water Line. We show that to produce such a slope, a positive covariation between the relative humidity and the δD and δ¹⁸O in the source water is required across the precipitation gradient. This work suggests that the δD vs. δ¹⁸O relationship in tree rings can be a useful tool for paleohumidity reconstruction.