南海第四纪的生源蛋白石记录: 与东亚季风、全球冰量和轨道驱动的联系

据南海中部1993~1996年颗粒通量的研究表明, 蛋白石通量可以用来指示初级生产力的变化, 这一结果为追溯南海第四纪冰期旋回中表层生产力的变化与东亚季风的演化关系提供了依据. 通过南海ODP184航次等6个站位生源蛋白石含量及其堆积速率的研究发现, 北部站位蛋白石含量及其堆积速率自470~900 ka以来明显增加, 并且冰期升高, 间冰期降低; 而南部站位自420~450 ka以来明显增加, 并且间冰期升高, 冰期降低. 这种晚第四纪冰期旋回中蛋白石含量及其堆积速率的变化反映了南、北部表层生产力呈现“跷跷板”式的变化, 即冰期冬季风加强, 北部表层生产力增加, 南部表层生产力降低; 间冰期夏季风加强, 南部表层生产力增加, 北部表层生产力降低. 北部ODP1144站和南部ODP1143站第四纪以来蛋白石含量与全球冰量(δ ¹⁸O)和轨道参数(ETP)的时间序列交叉频谱分析和以前的研究结果显示, 东亚冬季风和夏季风的变化可能有不同的驱动机制. 在轨道时间尺度上, 全球冰量的变化可能是东亚冬季风强度和时间变化的主要控制因素, 而岁差和斜率相关的北半球夏季太阳辐射量的变化可能是东亚夏季风强度和时间变化的主要控制因素.     

南沙ODP1143站有孔虫同位素变化对地球轨道驱动的响应

1143站5 Ma有孔虫稳定氧、碳同位素记录揭示了南海南部上新世至更新世气候变化在斜率和岁差周期上对地球轨道驱动的线性响应. 赤道太平洋地区频繁爆发的厄尔尼诺现象可能与氧、碳同位素相对于地球轨道驱动呈相反相位相关. 北极冰盖在3.3 Ma的扩张可能影响了气候变化100 ka周期的发展, 它的进一步扩张可能导致该周期成为晚更新世冰期旋回的主要周期. “中更新世转型”事件对南沙海区同位素变化的影响具有局限性. 1143站有孔虫的碳同位素在长偏心率周期上与地球轨道驱动高度相关, 且在短偏心率周期上领先于氧同位素的变化, 这进一步突显了碳循环在全球气候变化中的重要地位.     

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.     

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.     

藏北措勤盆地早白垩世Aptian-Albian浅水碳酸盐岩碳同位素组成及其意义

藏北措勤盆地早白垩世Aptian-Albian台地型浅水碳酸盐岩的δ ¹³C值分布于2.48‰~5.46‰之间, 平均值为3.93‰. 不仅具有正偏移特征, 而且比具有较高δ ¹³C值的同期深水碳酸盐岩的δ ¹³C值还平均偏高1.17‰. 研究表明其成因为, 首先在全球大洋缺氧事件背景下, 有机质的高速埋藏使海洋总溶解碳库中δ ¹³C值升高, 致使所有海相碳酸盐岩的δ ¹³C值普遍升高; 然后在具有分层结构的古海洋中因经历不同的碳同位素分馏作用而造成浅水碳酸盐岩的δ ¹³C值明显高于深水碳酸盐岩的该值.     

倒数第三次冰消期亚洲季风气候可能的类Younger Dryas事件

对湖北省神农架两个高海拔洞穴(天鹅洞: 海拔1600 m; 永兴洞: 海拔1400 m)石笋实测了7个U-Th年龄、560个氧同位素以及年纹层厚度变化序列. 天鹅洞石笋十年际分辨率δ ¹⁸O曲线十分类似于江苏南京和贵州荔波石笋记录的波令暖期和新仙女木事件基本特征, 表明本区石笋δ ¹⁸O反映了区域性亚洲季风经向环流及其降水变化特征. 相距天鹅洞约70 km的永兴洞石笋高分辨率(平均30 a左右) δ ¹⁸O时间序列揭示了倒数第三次冰消期亚洲季风突变过程. 基于3个U-Th年龄和连续5000 a左右生长纹层计数结果, 在245±5 kaBP左右冰消期识别出一个千年级冷事件. 这一事件持续时间为1371±59 a, 并在74±4 a内快速向间冰期(MIS7e)突变, δ ¹⁸O的变幅达2.30‰, 相当于冰期/间冰期振幅的1/2强. 这些事件特征类似于亚洲季风区石笋δ ¹⁸O记录的新仙女木事件, 说明新仙女木事件不是末次冰消期的一次偶然事件, 很可能是第四纪冰盖、大尺度海洋/大气环流耦合作用的产物.     

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.     

东亚季风95~56 ka BP期间D/O事件年代的精确

据中国湖北神农架山宝洞内两根石笋的 23个U/Th年龄和532个δ ¹⁸O测试数据, 建立了末次冰期95~56 ka BP时段平均分辨率为80 a的石笋δ ¹⁸时间序列. 该记录可与南京葫芦洞δ ¹⁸O记录作良好拼接, 从而完整地揭示95 ka BP以来东亚夏季风环流千年尺度气候变化特征, 其变化趋势与65°N太阳辐射曲线类似. 与格陵兰冰芯δ ¹⁸O记录的Dansgaard/Oeschger (D/O)1-22事件对比表明, 东亚夏季风千年尺度气候振荡与高北纬地区海-气快速重组存在遥相关效应. 石笋记录对D/O 事件的精确标定有可能进一步校正格陵兰冰芯时标. 研究时段石笋记录的D/O事件与格陵兰North GRIP和GISP2冰芯时标存在不同程度的差别, 其中D/O19-20两个事件的年龄偏差远超出铀系定年误差(±0.6ka). D/O19-20晚于North GRIP时标1~2 ka, 而早于GISP2时标3~4 ka. 与南半球巴西石笋δ ¹⁸O记录对比表明, 南北半球降水的D/O事件存在反相位关系, 支持千年尺度海-气耦合的跷跷板(“See-saw”)模式.     

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.     

贾湖遗址人骨的稳定同位素分析

古代人类食谱研究是生物考古的重要组成部分, 也是当前国际科技考古领域的研究前沿. 利用稳定同位素分析方法, 尝试揭示贾湖遗址先民的食物结构以及生活方式的变化. 人骨的骨胶原含量、C含量以及N含量, 尤其是骨胶原C/N摩尔比的分析表明, 28个样品中13个已经受到埋藏环境的污染, 不能用作食谱分析. 其余样品骨胶原的δ ¹³C((-20.37±0.53)‰), 表明先民主要以C₃类作为食物来源. 根据骨胶原中δ¹³C和δ ¹⁵N的不同，先民的食谱可划分为4类. 两者相关性的缺乏, 当与该遗址以农耕经济为主有关. 骨胶原δ¹⁵N和羟磷灰石δ¹³C纵贯整个文化段的变化, 反映了先民从狩猎转向采集、捕捞直至发展稻作农业和家畜饲养的改变. 而羟磷灰石中δ ¹⁸O则无明显变化, 揭示了该遗址气候较为稳定.     

中国北方黄土区C-3草本植物碳同位素组成研究

对生长在我国北方黄土区的367个C-3草本植物样品进行了碳同位素分析, 结果表明我国北方黄土区C-3草本植物δ ¹³C值分布区间为-21.7‰ ~ -30.0‰, 平均值为-26.7‰; 黄土高原中部半湿润区的C-3草本植物δ ¹³C值分布集中, 在-24.4‰ ~ -28.5‰之间, 平均值为-27.5‰; 而黄土高原西部边缘的半干旱-干旱气候区的C-3植物δ ¹³C值变化范围在-21.7‰ ~ -30.0‰, 平均值为-26.2‰; C-3植物的δ ¹³C值在黄土高原中部的半湿润气候区比黄土高原西部边缘半干旱-干旱气候区显著偏轻. 年降雨量是造成这种显著偏轻的主要原因, C-3植物的碳同位素组成随着年降雨量的减少而变重, 在我国北方黄土区年降雨量每增加100 mm, C-3植被 δ ¹³C平均值将偏负约0.49‰左右.     

晚第四纪对马暖流的演化和变动: 浮游有孔虫和氧碳同位素证据

在对取自对马暖流影响区的CSH1和黑潮主流轴影响下的DGKS9603孔沉积物中的浮游有孔虫种群以及混合层种Globigerinoides ruber和温跃层种Neogloboquadrina dutertrei的δ¹⁸O, d¹³C记录的对比分析基础上, 探讨了晚第四纪对马暖流的演化和变动. 结果表明在40~24 cal ka BP的低海平面时期对马暖流消失, 然而黑潮仍然存在于冲绳海槽内部, 黑潮水体在海槽北部的爬升引起显著的上升流, 同时低海平面也使得陆源冲淡水对于海槽北部的影响加强; 冲淡水的影响在末次冰期最盛期(LGM)期间达到顶峰, 而最低海平面和黑潮的减弱使得LGM期间上升流明显减弱; 现代对马暖流的发育始于16 cal ka BP左右; 冰消期中黑潮对于海槽区影响的加强在中部和北部是同步发生的, 伴随其发育过程, 黑潮水体逐渐成为对马暖流主要的水体来源; 而现代对马暖流的最终形成是在8.5 cal ka BP左右, 此后这种环流格局相对稳定, 从水体组成上而言现代对马暖流水体主要来源于黑潮主干; 距今3.0 cal ka BP左右, 可能是在冬季风强化和黑潮减弱的背景下, 对马暖流流径发生了一次偏转, 导致冷水团影响加强.     

青藏高原冰芯过去100年δ18O记录与温度变化

以羌塘高原普若岗日冰原钻取的213 m冰芯中记录为基础, 研究了过去100年来δ¹⁸O变化所反映的这一地区的温度变化. 结合已获取的青藏高原南部的达索普冰芯、西北部的古里雅冰芯和东北部的敦德冰芯, 综合研究了青藏高原温度变化的区域差异. 结果表明, 青藏高原不同地区冰芯中δ¹⁸O变化各有特点, 特别是南、北差异和东、西差异十分明显. 但4根冰芯记录均反映出过去100年来δ¹⁸O增加的趋势, 说明过去100年来青藏高原在不断变暖. 将δ¹⁸O记录所反映的青藏高原温度变化、青藏高原气象记录的温度变化同北半球温度变化比较研究发现, 这些记录所反映的过去100年总体变暖趋势是一致的.     

广西上泥盆统轨道旋回地层与牙形石带的数字定年

轨道旋回地层学的研究表明, 广西上泥盆统弗拉阶-法门阶(F-F)之交盆地相和斜坡相碳酸盐岩地层序列中可分辨出纹层、层束、层束组和超层束组4级旋回层, 它们分别受亚米兰柯维奇旋回、岁差或斜度(黄赤交角)旋回、偏心率旋回和长偏心率旋回控制, 其周期值分别为8000~10000和16667或33333, 100000和400000 a. 泥盆纪偏心率与岁差、偏心率与斜度、长偏心率与偏心率之间的级序结构为1:6, 1:3, 1:4. 运用轨道旋回地层学的研究结果对弗拉阶至法门阶下部12个标准牙形石带的数字定年结果显示, 它们的时间延续分别是(自下而上): falsiovalis带为0.4 Ma, transitans带为0.4 Ma, punctata带为0.4 Ma, 下hassi带为0.3 Ma, 上hassi带为0.4 Ma, jamieae带为0.2 Ma, 下rhenana带为0.8 Ma, 上rhenana带为0.6 Ma, linguiformis带为0.8 Ma, 下triangularis带为0.3 Ma, 中triangularis带为0.3 Ma, 上triangularis带为0.3 Ma. 弗拉阶的时间延续为4.3 Ma. 在F-F事件期, 牙形石是最后绝灭(linguiformis带的最晚期)和最早复苏(包括整个下、中triangularis带)的正常海相生物类群. 牙形石集群绝灭持续的时间为100000~200000 a, 复苏的时间间隔为0.6 Ma. 用已公布的阶间界线数字年龄值之差除以阶内化石带的个数所得的化石带的平均时间延续不能真实地反映生物和环境演变过程的复杂性和非均一性.     

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.     

中国部分盆地原油氮同位素地球化学特征

测定了中国部分盆地不同性质原油的氮同位素组成, 结合分子有机地球化学的部分方法, 对中国不同盆地原油的氮同位素地球化学进行了初步研究. 所测定中国不同性质原油氮同位素组成分布在−6‰~20‰之间. 不同类型盆地原油的氮同位素组成有不同分布, 淡水沉积环境原油的δ¹⁵N较低, 大致在1‰~5‰左右; 咸水和半咸水沉积环境形成的干酪根和原油δ¹⁵N较高, 通常在10‰以上, 有些甚至超过17‰. 塔里木塔中地区奥陶系原油δ¹⁵N最低, 大多在0以下, 反映出可能以海相碳酸盐岩有机质为主要来源的特点. 分馏作用影响氮同位素的分布范围. 微生物的降解作用往往会引起δ¹⁵N明显增加. 油气运移过程导致同位素比值下降, 但近距离的运移对同位素组成分布影响不大.     

中国北方黄土区C4植物稳定碳同位素组成的研究

通过对中国北方黄土区C₄植物稳定碳同位素(δ ¹³C)的系统分析, 发现C₄植物δ ¹³C值分布区间为-10.5‰ ~ -14.6‰, 其平均值为-12.6‰ ± 0.82‰; C₄植物δ ¹³C组成有随年降雨量减少, 即从半湿润区到半干旱区, 再到干旱区微微变轻的趋势; C₄植物的稳定碳同位素组成雨季比旱季偏重. 以上变化趋势都与C₃植物稳定碳同位素变化趋势相反.     

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.     

中国西南地区降水中氧稳定同位素比率与相关气象要素之间关系的研究

分析了中国西南地区降水中稳定同位素比率与不同高度的温度、气压、湿度的关系以及影响该地区降水中稳定同位素比率的因子. 在天气尺度下, 蒙自、思茅、腾冲降水中δ ¹⁸O与取样时的降水量、水汽压、大气水汽总量均存在显著的负相关关系; 与各标准层(400, 500, 700, 850 hPa)的日平均温度存在显著的负相关关系, 这个结果与中高纬度内陆区存在的显著温度效应不同. 另外发现, 降水中δ ¹⁸O与各标准层大气的温度露点差ΔT_d存在显著的正相关关系. 在年尺度下, 昆明站的年加权平均δ ¹⁸O不仅与年降水量存在一定程度的负相关关系, 并且与500 hPa的年平均温度存在显著的负相关关系. 在夏季风异常强盛的年份, 更多来自低纬度海洋的暖湿空气通过中国的西南水汽通道向北输送, 并在沿途形成异常的强降水. 异常强的凝结过程将释放更多的凝结潜热加热大气, 使降水时的大气温度升高. 伴随降水量的增加, 降水中δ ¹⁸O的降低; 反之, 在夏季风异常弱的年份, 降水量小, 降水时的大气温度较低, 因此, 降水中的δ ¹⁸O较高.     

陆良、保山气藏碳、氢同位素特征及纯生物乙烷发现

近10余年间云南陆良和保山两个盆地中分别发现了小型天然气藏. 过去基于地质背景、天然气组分和碳同位素组成研究, 基本厘定两个气藏为细菌成因气藏. 本次研究全面测定了两个盆地天然气碳、氢同位素组成, 从较深层次揭示了其成气作用的机制. 陆良盆地天然气δ¹³C₁值 为-73.3‰ ~ -72.1‰, δ D_CH4为-242‰ ~ -234‰, 显示其生物成气作用以CO₂还原占主导地位. 证明在陆相淡水条件下, 存在CO₂还原的生物成气过程. 保山盆地天然气δ¹³C₁为-63.6‰ ~ -62.5‰, δ DCH₄为-260‰ ~ -252‰, 为过渡相区生物气特征. 在陆良盆地一个重要发现, 是测得了纯生物成因乙烷的碳同位素组成, δ¹³C₂值为-66.0‰ ~ -61.2‰. 这批数据在我国是首次发现, 与世界迄今两例δ¹³C₂<-55‰的报道相比, 一个重要差异是后两例中均有表征热成因乙烷的混杂.