北冰洋、白令海226Ra的分布及其水文学意义

中国首次北极科学考察期间(1999年7～9月),于北冰洋、白令海分别采集了13份和20份大体积水样,用于226Ra的分析.结果表明,北冰洋、白令海表层海水中226Ra含量分别介于0.28～1.56和0.25～1.26 Bq/m3之间,平均含量分别为0.76和0.71Bq/m3,明显低于其他中低纬度开阔大洋表层水的数值,说明部分研究海域受海冰融化水的影响.白令海表层水226Ra的空间分布呈现由南向北降低的趋势,体现出低226Ra海冰融化水与高226Ra太平洋水的混合交换.北冰洋表层水中226Ra的空间分布呈现由南向北、由西向东增加之态势,与水团组成中河水份额的变化趋势相一致.这与河水具有高226Ra的特征相吻合.北冰洋加拿大海盆226Ra的垂直分布显示,"上跃层水"所处的200 m深度存在226Ra的极大值,鉴于高226Ra特征主要出现在太平洋水或与沉积物交换的水体中,说明该极大值主要来自太平洋水或底部陆架水的输入,与2H和18O示踪剂获得的结果相吻合.     

加拿大海盆上、下跃层水形成机制的同位素示踪

中国首次北极科学考察期间(1999年8月9日至8月21日), 于加拿大海盆3个站位获得S, T, 营养盐(NO₃^-, PO₄^3-, SiO₃^2-), 溶解氧, ²H, ¹⁸O等水文、地球化学与同位素数据. 结果表明, 在33.1等盐线附近 (150 m)存在营养盐, NO, PO^*极大值, 而300 m层存在NO, PO^*极小值, 分别呈现出上跃层水与下跃层水的特征. 采用S-δ¹⁸O-PO^*, S-δD-SiO₃^2-两个示踪体系确定了研究站位各层水样中大西洋水、太平洋水、海冰融化水和河水所占的份额. 2个示踪体系的计算结果均表明, 上跃层水对应深度存在太平洋水份额的极大值, 而下跃层水具有高份额的大西洋水. 结合NO/PO比值的变化, 说明上跃层水的形成缘于太平洋水通过白令海峡的输入. 该水体于楚克奇、东西伯利亚陆架区发生变性, 获得高盐、高营养盐特征, 经水平平流进入加拿大海盆. 下跃层水为通过巴伦支海进入的大西洋水于陆架区发生变性, 产生低营养盐、高溶解氧特征的水体, 经水平平流输送进入加拿大海盆产生NO, PO^*的极小值. 河水份额的垂直分布显示, 其含量随深度增加逐渐降低, 至300 m以深已观察不到河水的存在. 研究海域河水积分储量明显高于北冰洋其他海盆, 证实加拿大海盆是北冰洋河水的主要储存区. 除表层水外, 研究海域均为净海冰生成区, 且往北推移, 净海冰生成总量逐渐增加.     

南沙海域表层水中210Po/210Pb不平衡及其海洋学意义

对南沙海域表层水中溶解态(<0.45 mm)和颗粒态(>0.45 mm)²¹⁰Po和²¹⁰Pb进行了研究. 结果表明, 南沙海域表层水中溶解态和颗粒态²¹⁰Po平均比活度分别为0.61 Bq/m³(n = 24)和0.43 Bq/m³ (n = 23). 溶解态和颗粒态²¹⁰Pb 平均比活度分别为1.66 Bq/m³ (n = 24)和0.23 Bq/m³(n = 23). 颗粒态²¹⁰Pb比活度约占总²¹⁰Pb比活度的12%, 与开阔大洋相应值吻合; 而颗粒态²¹⁰Po占总²¹⁰Po的比例约40%, 明显高于开阔大洋和富营养海域. 根据稳态不可逆模型得到总²¹⁰Po和²¹⁰Pb的停留时间分别为0.82 和1.16 a. 清除过程中²¹⁰Po和²¹⁰Pb的平均分馏因子由清除速率常数法和固-液分配系数法计算分别为5.42和6.69, 揭示了²¹⁰Po和²¹⁰Pb从溶解相清除至颗粒相的过程中发生了明显的分馏. 进一步的研究证明了南沙海域²¹⁰Po和²¹⁰Pb的分馏主要由微生物控制, 与富营养海域的分馏机制不同: 在富营养海域, 浮游植物颗粒和粪粒充当²¹⁰Po和²¹⁰Pb清除和迁出过程的主要载体, ²¹⁰Po和²¹⁰Pb的分馏主要发生于浮游植物颗粒和粪粒对两核素的清除过程; 在寡营养南沙海域, 由于浮游植物颗粒和粪粒的相对贫乏, 使微生物对²¹⁰Po的清除作用相对突出, 并在此过程中使²¹⁰Po和²¹⁰Pb产生明显的分馏效应. 这与寡营养的马尾藻海的研究结果极为相似, 进一步证实寡营养海域和富营养海域²¹⁰Po生物地球化学行为和循环路径的差异. 这表明²¹⁰Po可能是研究与微生物有关的海洋学过程, 尤其是研究硫族元素(S, Se, Te和Po)生物地球化学循环的有用示踪剂.     

运用228Ra-NO-3法测定南沙海域的新生产力

运用MnO₂纤维富集-²²⁸Ac b计数法测定了南沙海域两个测站3个时间点水柱的²²⁸Ra比活度, 得其值介于0.38至 3.60 Bq×m^-3. 发现²²⁸Ra的分布能满足稳态条件. 采用一维稳态模型, 以²²⁸Ra-NO^- ₃法测得测站NS97-43, NS99-53(T₁)和NS99-53(T₂)的新生产力分别为4.4, 5.1和5.7 mmolC·m^-2·d^-1. 结合初级生产力的文献报道值, 计算得南沙海域的f比介于0.12~0.15.     

中国不同类型断裂带的地幔脱气与深部地质构造特征

以氦同位素为主, 辅以CO₂/³He和CH₄/³He及⁴⁰Ar/³⁶Ar等指标, 结合地质构造等资料, 对中国大陆不同类型断裂带的地幔脱气及其深部地质构造特征进行了综合示踪研究. 据此识别并划分出4种具代表性的断裂带: (1) 伸展性构造环境中的岩石圈断裂, 地壳厚度小, 具低CH₄/³He-高R值和低CO₂/³He值-高R值体系, 以幔源流体为主, 地幔脱气作用最强, 以郯庐断裂带为代表; (2) 强烈挤压构造环境中的岩石圈断裂或俯冲带, 如班公湖-怒江断裂带, 地壳巨厚, R/Ra值为0.43~1.13, 幔源氦约占总氦的5%~14%, 地幔脱气作用较弱; (3) 造山带山前(盆缘)深断裂带, R值为10^-7量级, CH₄/3He值为10⁹~10¹⁰, CO₂/3He值为10⁶~10⁸, 具微弱的地幔脱气作用; (4)造山带内壳层断裂带, 如窑街F19等断裂带, 具有高CH₄/3He值-低R值(10^-8)和高CO₂/³He值-低R值体系, 无明显的地幔脱气作用. 研究表明: 大型深断裂带是地幔脱气的主要构造通道; 控制地幔脱气强度的主要因素为断裂深度、构造环境性质和地壳厚度; 地幔脱气作用强度可反映断裂带的深度及其深部构造状态, 而气体地球化学示踪则可成为其研究的新的途径; 地球深部热流体上侵活动可能是深大断裂带形成演化的动力源之一; 山前断裂带是深部构造活动方式和壳幔结构转换的部位, 对于认识造山带和盆地的形成机理有重要科学意义.     

高寒草甸土壤有机碳储量和CO2通量

选择青藏高原东北隅海北站区的4种高寒草甸土壤进行高分辨率采样, 测定土壤有机碳及其¹⁴C信号; 应用¹⁴C示踪技术探讨高寒草甸土壤有机碳更新周期和CO₂通量. 研究得出海北站高寒草甸生态系统土壤有机碳储量在22.12´104 ~30.75´10⁴ kgC·hm^-2之间, 平均为26.86´10⁴ kgC·hm^-2. 高寒草甸土壤有机碳的更新周期从表层的45~73 a随深度增加到数百年甚至数千年或更长. 高寒草甸生态系统土壤呼吸的CO₂通量变化于103.24~254.93 gC·m^-2·a^-1之间, 平均为191.23 gC·m^-2·a^-1. 土壤有机质分解产生的CO2通量变化于73.3 ~181 gC·m^-2·a^-1之间. 矮嵩草草甸土壤30%以上的有机碳贮存在土壤表层(0~10 cm)的活动碳库中, 土壤有机质更新产生的CO₂占整个剖面有机质更新产生的CO₂通量的72.8%~81.23%. 响应于全球变暖, 青藏高原高寒草甸生态系统土壤有机碳的储量、流量、归宿变化等问题有待进一步研究.     

南京葫芦洞石笋δ13C对冰期气候的复杂响应与诊断

文中重建了南京葫芦洞内距今75~10 ka期间7支石笋δ¹³C的时间变化序列, δ¹³C曲线在重叠时段均具有一致性波动形式. 在最后一个冰期/间冰期旋回, δ¹³C值变化幅度达6‰, 反映了C3/C4植被类型变化对δ¹³C的主控作用. 然而, 在末次冰期格陵兰冰心记录的DO暖事件时(千年尺度), δ¹³C与指示降水变化的δ¹⁸O呈反相关, 主要反映了快速渗水条件下洞穴岩溶水对土壤CO₂溶解量的降低. 据同期生长石笋δ¹³C和δ¹⁸O对比分析, 石笋碳同位素动力分馏程度与生长速率有关. 进一步研究发现, 本区末次冰消期植被类型变化滞后于降水变化约700年.     

210Pbex沉积通量突发增大对湖泊生产力的指示

²¹⁰Pb沉积计年的基本假设是大气沉降并经由湖水转入沉积物的²¹⁰Pb_ex 通量稳定. 当沉积速率相对稳定时, 沉积物中²¹⁰Pb_ex 的比活度将随沉积年代呈指数衰减. 湖泊水体中的²¹⁰Pb_ex 主要随有机微粒的沉降而进入沉积物. 如果湖泊水体中有机质沉积通量出现突发增大时, 则可能显著地增大²¹⁰Pb_ex 被清洗而转入沉积物的通量. 这种突发性清洗效应, 一方面显然不符合²¹⁰Pb沉积计年的基本前提; 另一方面可能指示湖泊水体初级生产力的明显变化. 根据云南程海近代沉积物²¹⁰Pb_ex 垂直剖面的特殊变化, 对这一问题进行讨论. 沉积物柱芯于1997年6月采自程海深水湖区. ¹³⁷Cs比活度垂直剖面呈现出3峰特征, 给出了可靠的计年结果并显示出近几十年间沉积物堆积的稳定性. 而²¹⁰Pb_ex 比活度垂直剖面呈现出特异的峰值分布, 并与Corg垂直剖面相似. 这一现象可能与制约²¹⁰Pb_ex 转入沉积物的机制有关. 程海沉积物中H_org/C_org和C_org/N_org原子比平均值分别为5.51和7.04, 表明其有机质主要源于内生藻类残骸. 根据沉积物有机质“沉降-降解-堆积”的3阶段特征, 模拟计算出1970年以来有机碳C_org的沉积通量(F(C_org)). 不同年代²¹⁰Pb_ex 的沉积通量(F(²¹⁰Pb_ex ))与F(C_org)显示出很好的同步关系. 特别是1972～1974年和1986～1989年的两个时段, 二者同步增大. F(C_org)的变化导致F(²¹⁰Pb_ex )的变化; F (²¹⁰Pb_ex)的变化在一定程度上反映出湖泊生产力的历史变化.     

白令海盆pCO2分布特征及其对北极碳汇的影响

利用中国首次北极科学考察期间所观测到的白令海及楚克奇海表层海水CO₂分压(pCO₂)的变化及其异常, 研究了白令海盆pCO₂的分布特征及与周围水文环流的相关关系. 结果表明, 与具有高生产力的白令海陆架区不同, 在白令海盆观测区内, 叶绿素整体水平较低, 生物作用不是pCO₂空间分布的主要调控因子, 而水文环流要素呈现出重要影响, 是典型的高营养盐低叶绿素(HNLC)海区. 研究表明, 白令陆坡流(Bering Slope Current; 后变性为阿纳德尔流, Anadyr Current)对白令海盆pCO₂空间分布也产生了重要影响. 从HNLC的白令海盆流过来的白令海亚北极水, 将补充西北冰洋夏季几乎耗尽的表层营养盐, 有利于浮游植物的生长, 增强对大气CO₂的吸收能力, 形成有机碳汇; 另一方面, 注入白令海的淡水来源的无机碳在白令海没有向深海输出, 多数会通过阿拉斯加沿岸流注入北冰洋, 形成一个重要的无机碳汇, 这两大碳汇都在北极对全球变化的响应中起着十分重要的反馈作用.     

丘陵草坡土壤10Be分布特征及土壤生成速率

以位于广东省境内的中国科学院鹤山丘陵综合试验站草坡集水区土壤剖面为对象, 对土壤样品进行了大气成因¹⁰Be测定, 对基岩以及风化岩石样品进行了就地(in-situ)宇宙成因¹⁰Be测定. 基于土壤层大气成因¹⁰Be测定, 参考土壤层底界¹⁴C表观年龄, 估算出草坡地区3800年以来大约有34%的成土物质被侵蚀掉; 基于风化岩石间隙土大气成因¹⁰Be测定, 估算得到基岩之上90 cm厚的风化岩石层至少经历了1.36 Ma, 平均侵蚀速率约为1.26×10^-4 cm/a. 表面风化岩石和基岩就地成因¹⁰Be浓度分别为10.7×10⁴ atoms/g和 8.31×10⁴ atoms/g, 据此估算得到: 土壤生成速率为8.8×10^-4 cm/a; 表层风化岩石以及基岩宇宙射线暴露时间分别约为7.2×10⁴和2.3×10⁵a. 土壤生成速率大于侵蚀速率, 自然地貌状况稳定.     

西藏芒康盆地内高钾火山岩的40Ar/39Ar年代学和地球化学研究

新获得的两个高精度⁴⁰Ar/³⁹Ar年龄结果表明, 西藏芒康盆地内拉屋乡组高钾火山岩的形成时代为33.5±0.2 Ma. 元素和Pb-Sr-Nd同位素地球化学示踪结果表明, 高钾火山岩是在转换压缩引起的陆内俯冲背景下产生的, 其可能源区为EM2型富集地幔端元. 高钾火山岩中的高场强元素Nb和Ta出现明显的负异常, 表明在该火山岩的源区内有陆壳物质的加入. 芒康盆地33.5±0.2 Ma的高钾火山岩在时空和物质组成上均与青藏东缘发现的两类高钾岩系中的早期高钾岩浆岩具有可比性, 它们可能形成于相同的构造背景.     

应用137Cs示踪技术破译黄土丘陵区小流域坝库沉积赋存的产沙记录

根据 泥沙的¹³⁷Cs和粘粒含量变化，厚28.12 m的云台山沟坝库沉积剖面，区分出44次洪水沉积旋迴。剖面中部旋迴27的¹³⁷Cs含量最高，加权平均值12.65 Bq&;#8729;kg^-1，为1963年沉积；向上、向下¹³⁷Cs含量逐渐降低，次顶部旋迴2.15Bq&;#8729;kg^-1，底部旋迴0.92Bq&;#8729;kg^-1。通过坝库修建、运行历史，旋迴泥沙¹³⁷Cs含量的变化，次洪水产沙量和降水资料的对比分析，确定了这些洪水沉积旋迴的对应暴雨。云台山沟1960－70年期间，共发生产沙洪水44次，产沙2.36×10⁶m³。年产沙次数1－10次不等，1961－1964年为多雨年份，秋季降水多，年产沙洪水7-10次；1960、1965－1969和1970年为少雨年份，每年仅1－3次洪水。年均产沙模数1.29×10⁴t&;#8226;km-2&;#8729;a^-1，略高于甘谷驿水文站以上延河上游的同期产沙模数1.11×10⁴t&;#8226;km^-2&;#8729;a^-1，略低于相邻的安塞纸坊沟1980年前的实测产沙模数1.40×10⁴t&;#8226;km^-2&;#8729;a^-1 。年产沙模数和汛期降水量（6～9月）相关较好。     

珠穆朗玛峰东绒布80.36 m冰芯δ 18O记录的气候意义

珠穆朗玛峰东绒布80.36 m冰芯δ ¹⁸O记录与喜马拉雅山南、北坡气象资料和北半球气温变化之间的关系表明, 该冰芯δ ¹⁸O基本上不反映年际温度的变化, 但冰芯δ ¹⁸O与净积累量具有负相关关系, 这是该地区夏季降水(占全年降水量的80%以上)中δ ¹⁸O“降水量效应”的一种具体表现. 东绒布冰芯δ ¹⁸O的变化可作为印度季风活动强弱变化的替代指标. 在季风活动强盛阶段, 冰芯中δ ¹⁸O平均值较低; 在季风活动衰弱阶段, 冰芯中δ ¹⁸O平均值较高.     

慕士塔格冰川地区降水中δ18O的时空变化特征

根据2002年6~8月和2003年5~8月期间在慕士塔格冰川西坡收集的降水样品, 探讨了该区降水中δ¹⁸O的时空变化特征. 分析结果表明, 观测期间降水中δ¹⁸O具有较大的变幅, 可达20‰左右, 其值随时间的变化趋势和气温的变化趋势基本一致. 该区降水中δ¹⁸O与温度存在正相关关系, 但与降水量无关. 在海拔5500~7450 m的范围内, 稳定同位素比率的高程效应显著. 降水中δ¹⁸O随海拔而垂直变化的梯度值接近-0.40‰/100 m. 综合目前山地高海拔区的降水中δ¹⁸O资料, 初步建立了全球山地高海拔区(>5000 m)降水中δ¹⁸O和海拔的关系.     

40Ar/39Ar年代学国际国内标样的对比标定

对四个⁴⁰Ar/³⁹Ar年龄测定中常用的国际标样Ga1550, MMhb-1, Lp-6, Bern 4M (以Ga1550为基准样)和一个国内标样BT-1(以Lp-6为基准样)进行了对比标定. 不同样量的重复测定论证了MMhb-1样品的不均匀性, 得到了该样品的年龄平均值为519.8 Ma; Bern 4M 和Lp-6的测定结果表明它们具有稳定的⁴⁰Ar^*/³⁹Ar_k(F值), 所得的年龄结果接近它们的K-Ar年龄值: Lp-6 = 127.7 Ma; Bern 4M = 18.2 Ma; BT-1的年龄谱、Ca/K和Cl/K谱以及反等时线的分析表明, 这一样品的化学相均匀稳定, 样品封闭良好, 初始Ar组成接近大气值, 年龄值重复性好且稳定, 它的全熔年龄、阶段升温总气体年龄、坪年龄和反等时线年龄在误差(2σ)范围内无差别, 本研究推荐28.7 Ma为BT-1的标定值. 讨论了北京49-2原子能反应堆的中子通量变化情况, 结果表明该反应堆中子通量梯度变化大且不稳定, 须较多的标准样进行监测; 测定了该反应堆³⁷Ar_Ca和³⁹Ar_K的产率比系数(Ca/K转化系数)为1.78, 该值不同于以前报道的2.0, 这可能和后期49-2反应堆的改造有关.     

慕士塔格地区夏季降水中δ18O与温度及水汽输送的关系

根据在慕士塔格地区2002年和2003年连续两次实施的降水水样收集和气象要素观测, 分析了该地区降水中δ¹⁸O与温度的关系, 揭示了降水中δ¹⁸O变化特征, 讨论了水汽输送对降水中δ¹⁸O变化的影响. 研究结果表明, 慕士塔格地区夏季历次降水中δ¹⁸O与温度具有一定的正相关关系, 温度是控制该地区降水中δ¹⁸O变化的主导因素; 与邻近地区相似, 夏季降水中δ¹⁸O也表现为高值. 据水汽追踪的结果, 该地区夏季降水与西风环流和局地环流的水汽输送有密切的关系; 而水汽输送距离的远近、水汽输送厚度以及极地气团的南侵对该地区降水中δ¹⁸O变化都有一定的影响. 不同水汽来源及输送方式是影响该地区降水δ¹⁸O变化的另一要素.     

重庆新崖洞XY2石笋δ18O记录的57~70 ka BP古气候变化及其对D-O和H事件的反映

重庆新崖洞XY2石笋57~70 ka BP之间的高分辨率δ¹⁸O记录在相当于冰芯记录中的D-O 18暖事件时期, 复现了冰芯记录中的“缓慢变冷, 快速变暖”的气候转换特征. δ¹⁸O在59和64 ka BP分别有极小值, 反映气候相对暖湿, 夏季风较强; 而在60 ka BP有极大值, 夏季风较弱. 它们分别对应于北半球高纬度记录中的Dansgaard-Oeschger(D-O)17至18暖事件以及Heinrich 6(H6)冷事件. 这与葫芦洞(Hulu)MSL石笋的记录相当一致, 但是两者与董歌洞(Dongge)D4石笋的记录差异较大. 这说明石笋δ¹⁸O记录在反映夏季风变化时, 空间上既有相似之处, 又有明显差别. 要取得中国东部夏季风变化的整个格局, 多地点多记录的研究工作是十分必要的. 此外与深海氧同位素记录不同的是, 高分辨率石笋δ¹⁸O记录均显示在MOIS4的最冷时期(64~65 ka BP)中国东部地区的气候对应于D-O18暖事件, 说明海陆相的气候变化是有差异的.     

湖泊现代沉积物碳环境记录研究

通过对云南程海现代沉积物的精细采样和分析, 研究了湖泊沉积物中有机碳与无机碳含量阶段性的正相关和负相关变化. 结果表明, 温度及其引起的相关变化是控制沉积物无机碳含量、碳酸盐δ ¹³C和有机碳含量变化关系的主要因素. 当温度及其引起的光合作用强度变化对湖泊自生碳酸钙沉淀起主导作用时, 沉积物有机碳含量与无机碳含量及碳酸盐δ ¹³C呈正相关变化; 当温度及其引起的蒸发速率等其他物理化学因素变化对湖泊自生碳酸钙沉淀起主导作用时, 沉积物有机碳含量与无机碳含量及碳酸盐δ ¹³C呈负相关变化. 程海沉积物无机碳含量和碳酸盐δ ¹³C是湖区气候冷暖变化的良好代用指标.     

温暖湿润区铁杉和高山松树轮δ13C的气候意义

详细了解多树种树轮碳同位素组成(δ¹³C)对气候的响应机制是进行古气候重建的基础. 利用川西高原温暖湿润区铁杉和高山松树轮δ¹³C序列, 探讨了气候环境要素对两树种δ¹³C的控制作用及利用该指标进行气候重建的潜力. 结果表明: 铁杉和高山松树轮δ¹³C序列之间存在差异, 其原因可能与树种本身的生理特性有关; 当去除大气CO₂浓度引起的低频影响后, 两树种年轮碳同位素分辨率(Δ¹³C)序列之间的相关程度有所加强, 且呈显著相关关系, 说明气候要素对两树种的(Δ¹³C有类似的控制作用. 温度和水分与两树种(Δ¹³C序列密切相关, 但二者对(Δ¹³C起控制作用的时段和强度因树种的不同而存在差异. 其中, 温度对铁杉(Δ¹³C影响的关键时期为前一年12月至当年2月, 对高山松影响的关键时期为当年4~7月; 水分对铁杉和高山松(Δ¹³C起控制作用的关键时期分别为当年2~4月和3~5月. 可见在温暖湿润区, 树轮碳同位素分馏因树种的不同而不同, 且受多个气候要素共同作用, 但最优多元回归方程的解释方差最大仅38.5%. 因此, 在温暖湿润的川西高原单独利用树轮δ¹³C进行气候要素重建受到一定限制.     

在-170℃盐溶液阴离子拉曼特征及浓度定量分析

在-170℃条件下拉曼光谱仪测试盐水溶液的实验表明, 拉曼光谱中位移波数很近的阴离子如 和 拉曼峰峰尖清晰且通过剥离技术可恢复拉曼峰原形, 冰的特征峰(3090~3109 cm^-1)尖锐稳定, 单个阴离子Cl^-与水络合成的稳定络合基团(nCl^--[H⁺-OH^-]n)的拉曼特征峰拉曼位移是3401~3413 cm^-1. 实验同时表明随着阴离子浓度的增大, 阴离子拉曼特征峰强度增强, 而冰的拉曼特征峰强度减弱. 根据大量的实验数据, 总结出了在-170℃条件下阴离子拉曼峰半高峰面积与冰拉曼峰半高峰面积比值(Si/ )和阴离子摩尔浓度的相关性曲线模板. 这一实验成果和模板在塔里木盆地志留系砂岩成岩流体包裹体成份分析中得到了成功的应用.