沉积物中碳酸盐~(14)C年龄的可靠性

本文根据放射性碳杂志上发表的300余个~(14)C年龄数据及在中国和澳大利亚进行的野外调查,对土壤碳酸盐的形成途径,稳定同位素成份,钙结核的生长速率及古气候效应等问题进行了讨论.可区别出的三个δ~(13)C丰值,看来与环境和碳的来源无关.而土壤碳酸盐~(14)C年龄分布频率揭示它们形成于相对温暖-潮湿的古气候期.“老碳”的混入及土壤碳酸盐缓慢的生长速率是主要的误差来源.δ~(13)C值不能用于校正土壤碳酸盐的~(14)C年龄.     

利用黄土中的碳同位素半定量地重建古温度

在相对稳定的气候阶段,土壤中的CO2与其中的碳酸盐之间处于同位素平衡状态,这意味着二者的碳同位素分馏值可作为地质温度计估算古温度。对中国洛川黄土剖面的10组黄土-古土壤序列L1-1-S8同时做了碳酸盐和有机质的碳同位素分析。由于这些地层单元可以与深海氧同位素记录的2-21阶段对比,其中L1-1-L2可与南极Vostok冰心的大气CO2浓度记录对比,由此通过相关分析确定了各地层形成时的平均大气CO2浓度及其δ^183C值,再根据Cerling模型,用有机质δ^13C值代替土壤呼吸CO2的δ^13C,算出土壤CO2的δ^13值。将该值与次生碳酸盐的δ^13C值代入Deines分馏方程可算出各地层单元的古温度。该温度代表了平均深度约30cm处的土壤温度,相当于当时的夏季大气温度。所有数据与黄土-古土壤地层学记录的气候变化吻合,定量地反映了近800ka来黄土高原古气候的变化。     

中国粉尘源区表土碳酸盐含量与碳氧同位素组成

在中国的主要沙漠和戈壁等粉尘源区采集了地表沙或土壤(统称为表土)样品,分析了样品的碳酸盐含量和碳酸盐的碳氧同位素组成。结果表明,中国粉尘源区表土碳酸盐含量在空间上随着年降水量的增加而逐渐减少,大致呈现自西向东逐渐降低的趋势;碳酸盐δ^13C值在空间上随着年降水量的增加而逐渐偏负．δ^18O值缺乏规律性;塔克拉玛干沙漠细颗粒物质中碳酸盐含量相对偏高,但不同粒级颗粒中碳酸盐的δ^13C值基本一致,表明风蚀时粒度的分选并不影响源区的同位素组成特征;由于粉尘源区表土碳酸盐含量和δ^13C值均具有区域特征,因此利用大气粉尘的碳酸盐含量和δ^13C值示踪不同的源区是可能的。     

负热电离质谱法测定黄土钙结核酸溶相硼同位素

黄土沉积中生物成因的钙结核是在古土壤的发育阶段由上层的碳酸盐淋滤并在古土壤的下部形成的次生碳酸盐。探讨了黄土钙结核硼同位素样品的处理方法，并利用负热电离质谱法（NTIMS）测定低含量黄土钙结核中同位素组成，实验表明采用稀盐酸溶解样品、硼特效树脂分离提取样品中的硼是适宜的。黄土钙结核酸溶相的硼含量变化范围为3．4－5．7μg/g，δ^11B值变化为－3．3‰－＋16．9‰。硼含量和硼同位素组成有正相关关系。黄土和钙结核之间硼同位素组成有较大的差异，其原因可能与钙结核中更高的碳酸钙含量及水体的pH值有关，黄土钙结核酸溶相中的硼同位素组成的初步结果表明其示踪黄土沉积环境的可能性。     

南海东北部GMGS2-16站位自生矿物特征及对水合物藏演化的指示意义

硫酸盐-甲烷转换带(SMTZ)是海洋富甲烷沉积环境中重要的生物地球化学分带,其内发生的甲烷厌氧氧化反应(AOM)通常能影响多种自生矿物(碳酸盐类、黄铁矿、重晶石和石膏等)的形成过程。本文选取南海东北部天然气水合物赋存区GMGS2-16站位的58个沉积物样品,对其中发育的自生矿物进行了类型、含量、分布、显微形貌和稳定同位素研究。GMGS2-16站位岩心沉积物中主要发育碳酸盐类、黄铁矿和石膏3类自生矿物,亦发现单质硫颗粒的存在。自生矿物含量分布变化较大,存在多个富集层位。自生碳酸盐类均为块状,具极负的δ~(13 )C值(-37.3‰~-51.7‰VPDB)和较重的δ~(18 )O值(3.13‰~4.95‰VPDB),指示其为甲烷碳源,即AOM成因。自生黄铁矿主要呈不规则块状、棒状-管状和生物充填状,δ~(34 )S值变化范围为-41.7‰~27.1‰VCDT,其中δ~(34)S值异常正偏很可能与大量甲烷流体上涌至SMTZ内加强AOM反应有关。多层AOM成因的自生碳酸盐类与δ~(34)S值异常的自生黄铁矿产出层位基本吻合,共同指示了研究站位曾发生过多期次甲烷渗漏事件,可能与研究站位天然气水合物藏失稳存在一定联系。自生石膏主要呈棱柱状和透镜状,偶见黄铁矿-石膏共生体,初步推测自生石膏可能与水合物形成过程中的排离子效应和(或)沉积环境氧化还原条件改变导致的黄铁矿氧化有关。因此,海洋沉积物中碳酸盐类-黄铁矿-石膏自生矿物组合对探讨古海洋甲烷渗漏事件和天然气水合物藏的演化具有重要指示意义。     

苏北浅滩钙结核的特征及其环境指示意义

对采自苏北浅滩的钙结核样品进行了岩石学、矿物学和碳氧同位素的分析。样品富含石英和长石砂屑,碳酸钙胶结,其碳和氧同位素组成分别为-8.38‰~-8.19‰V-PDB及-5.23‰~-5.03‰V-PDB。根据样品的氧同位素组成,利用碳酸盐-水体系氧同位素方程,结合现今底层水温度,并考虑可能存在的温度变化,计算得到古沉淀流体的δ18 O水范围为-4.72‰~-4.52‰VSMOW,较正常海水偏负,认为钙结核的形成可能受到了淡水影响。根据结核中碎屑矿物的成分及其成熟度,判断其包含的碎屑矿物源自古黄河,认为这些结核样品可能形成于海陆交互环境,形成时间约为7~6.5ka BP左右,当时古海平面高度比现今低10m左右,古黄河河道可能位于苏北浅滩附近。     

东海陆架盆地西湖凹陷南部花港组砂岩储层成岩流体演化特征：来自岩石、矿物及同位素地球化学的约束

渐新世花港组是东海陆架盆地西湖凹陷发育的最主要储层，基于普通薄片、铸体薄片、扫描电镜和荧光显微观察，结合同位素地球化学对东海陆架盆地西湖凹陷花港组砂岩储层的成岩作用、成岩序列及成岩流体演化进行了研究。结果表明，花港组砂岩储层目前处于中成岩阶段B期，主要经历了机械压实、绿泥石粘土摸、酸性及碱性溶蚀作用，石英次生加大，碳酸盐胶结和自生高岭石胶结等成岩作用。研究区发育有三期碳酸盐胶结物，早期菱铁矿胶结物，中期铁方解石和晚期铁白云石。根据碳酸盐胶结物的碳氧同位素特征分析认为早期碳酸盐胶结物是由过饱和的碱性湖水沉淀造成的，而晚期碳酸盐胶结物的形成与有机酸密切相关。研究区存在两类溶蚀作用，酸性溶蚀作用和碱性溶蚀作用，早期的酸性溶蚀作用主要是有机酸对长石、岩屑及早期碳酸盐胶结物的溶蚀，晚期的碱性溶蚀作用主要是发生于碱性环境下流体对石英及硅质胶结物的溶蚀。研究区发育有两期油气充注，早期发生于晚中新世，早期发生于晚中新世，早于中期碳酸盐胶结，晚于长石溶蚀和石英胶结充注，充注量较大，第四纪以来研究区发生了第二次充注，第二次充注发生于铁白云石胶结之后，此时储层已非常致密。     

河蚬分布的气候环境及壳体稳定同位素

根据实地考察和对现有资料的统计与分析,揭示中国大陆河蚬现生种主要分布在中国东南部年降水量大于800 mm(800~1400 mm)、1月平均气温大于0℃(0.5~4.5℃)、温暖湿润的淡水—微咸水河湖环境之中。河蚬壳体在生长过程中记录了气候环境和水体性质的信息。利用碳酸盐自动装置与Finnigan MAT-253型质谱仪联机对河蚬壳体δ18O和δ13C的值进行了系统测试,通过对比分析发现,壳体生长过程中由于生理效应和生态习性差异造成全壳的δ18O值变化较小,江苏一帆河、古黄河、江西绵江和云南滇池4个采样区(点)之间变化仅为1.4‰;河蚬壳体不同部位δ18O值记录了生长过程中的季节性温度变化;随纬度增高壳体δ13C值富集轻同位素组成,有变负的趋势;雨热同期气候环境下的一帆河、古黄河地区现代河蚬壳体碳氧同位素值在个体生长过程中变化位相非常相似,反映了壳体碳氧同位素值对气候环境的响应。     

稳定同位素在天然气水合物地球化学勘查中的应用简介--以"布莱克海隆"海区为例

介绍了国外在布莱克海隆（包括ODP164航次994、995、997站位）进行天然气水合物勘查过程中应用稳定同位素的研究实例；通过对这3个站位样品的甲烷、CO2、DIC（dissolved inorganic carbon)、有机碳以及自生碳酸盐的δ^13C分析，指出浅部（0－30m)甲烷和DIC的δ^13C值随深度迅速降低又迅速升高的变化可以作为天然气水合物存在的地球化学指标。994站位孔隙水δ^18O值深度从0.30‰下降到-0.37‰；氢同位素δD随深度略有下降（从11‰到-12‰），这与水合物形成时氢氧重同位素相对富集于固相有关，表明天然气水合物的存在。997站位δ^37Cl从海底沉积物表层以下30m处为接近海水的最大值0，至钻孔底746.85m处降为-3.68‰，可能也与天然气水合物的形成有关。     

基于稳定同位素的东太平洋大青鲨(Prionace glauca)营养级研究

碳、氮稳定同位素为分析淡水和海洋生态系统的生物营养关系提供了有力手段,但在大洋鱼类中的应用还很少。本研究以热带东太平洋大青鲨(Prionace glauca)整节脊椎骨作为样品(叉长范围153—242cm),运用稳定同位素技术,分析大青鲨的δ~(13)C值和δ~(15)N值及其变化,比较不同基线生物的选择对营养级计算的影响。结果表明,大青鲨δ~(13)C范围为–15.76‰—–13.41‰,最大差值2.35‰;δ~(15)N范围为10.62‰—17.72‰,最大差值7.1‰;δ~(13)C值和δ~(15)N值随个体长度的变化不明显(可能原因是样品鱼均为较大个体),性别间的差异不显著,但不同基线生物的选择对营养级计算值的影响较大。本文研究表明,通过整节脊椎骨的稳定同位素测定来获得大青鲨的摄食特征信息是可行的。由于基线生物对营养级计算的影响问题难以在短期内解决,今后可将相对营养级或营养级的变化作为重点,研究人类活动(如捕捞)对大洋鱼类摄食和营养级的影响。     

南海西沙海槽的碳酸盐结壳及其对甲烷冷泉活动的指示意义

冷泉碳酸盐岩是指示南海北部可能发育天然气水合物的重要证据之一。对在西沙海槽采集到的冷泉碳酸盐结壳颗粒进行了形貌、稳定同位素等的研究,讨论和揭示了冷泉碳酸盐结壳的形成机理及其与甲烷冷泉活动的关系。结果表明,碳酸盐结壳具有多孔结构,冷泉矿物为文石和重晶石,文石呈针状,含量为39.5%—46.6%,重晶石呈矮柱状,含量为15.6%—21.2%,它们均是从流体中沉淀出来的。重晶石的δ34S值为23.47‰—26.32‰,表明硫同位素发生正漂移,属于与冷泉流体有关的成岩成因重晶石。文石的碳同位素轻度亏损,δ13C值为-13.30‰—-29.59‰,主要来源于热解成因气,但结合了少量正常海水的溶解碳,δ18O值为2.32‰—3.74‰,指示碳酸盐结壳形成时的温度为3.5—9.7℃。研究表明,碳酸盐结壳形成于流体活动缓慢的环境,是深部富含Ba2 的甲烷冷泉流体向上排放和喷溢,在近海底遇到向下渗漏的富含SO42-海水,发生缺氧甲烷氧化反应沉淀出文石,流体中剩余的重34S的SO42-与Ba2 形成重晶石,因此,碳酸盐结壳是西沙海槽存在甲烷冷泉活动的证据。研究结果为进一步开展该海域潜在天然气水合物的调查和研究提供了新证据。     

黄河悬浮颗粒物中类脂生物标志物的组成和稳定碳同位素分布特征及来源研究

类脂生物标志物是古环境、古气候研究中一类常用的生物标志物,其稳定碳同位素性质能反映母源先质的来源以及温度、湿度等信息。在中国,类脂生物标志物分子稳定碳同位素对母源体的指示意义的研究大多局限于现代表层土壤中且存在区域限制性,河流中的研究工作较少。本研究以黄河为例,自2011年6月~2013年7月期间采集了黄河下游东营站12个表层悬浮颗粒物样品,利用13 C同位素确证了不同类脂生物标志物来源的指示意义。其中长链正构烷烃的δ13 C值在两年调查研究中均呈现冬、春季相对偏正,夏、秋季偏负的季节性变化趋势,且与长链正构烷烃CPI25~33值呈显著的线性负相关,显示了正构烷烃受到偏正的烃源沉积岩贡献。长链脂肪酸(n-C28、n-C30)的δ13 C值无明显的季节性变化,且CPIΣ24~32较低,范围分别为-31.4‰~-32.1‰和-31.1‰~-32.2‰,表明黄河悬浮颗粒物中脂肪酸主要来源于中国北部以C3植被覆盖为主的黄土土壤有机质的贡献,受季节更替新鲜植被源贡献较少。短链n-C17烷烃的δ13 C值季节变化明显,在夏、秋季显示出了明显的偏负的水生藻类源信号,而短链n-C16、n-C18脂肪酸在很大程度上受到δ13 C偏正的水体异养微生物的贡献。     

基于稳定同位素技术的光背团水虱食性分析

为了探究光背团水虱的食性特征，本研究利用碳、氮稳定同位素技术于2015年冬季和2016年夏季对广西北海廉州湾红树林中光背团水虱及其食物来源的碳、氮稳定同位素比值（δ13C值和δ15N值）进行分析。结果显示，冬季和夏季光背团水虱的δ13C值大小范围为-22.85‰~-21.87‰，平均值为（-22.46±0.35）‰；δ15N值大小范围为11.02‰~12.85‰，平均值为（11.88±0.56）‰；光背团水虱的δ13C值、δ15N值变化范围较小，表明其食物来源较为简单。单因素方差分析结果显示，冬季与夏季光背团水虱的平均δ13C值差异不显著（P>0.05），而夏季的δ15N值普遍高于冬季δ15N值，差异显著（P<0.05）；不同生长阶段的光背团水虱δ13C值、δ15N值会随着体长的增长而增大，差异显著（P<0.05），表明光背团水虱在生长的过程中可能发生了食性转变。光背团水虱的δ13C值与浮游生物的δ13C值相近，而与红树植物δ13C值差距较远，说明光背团水虱主要以浮游生物为食物来源。基于R语言稳定同位素混合模型（SIAR）计算结果显示，冬季和夏季各粒径级别浮游生物对不同生长阶段的光背团水虱的贡献率趋势基本一致，表现为1.2~25 μm粒级的浮游生物对光背团水虱平均贡献率最高，其次为25~50 μm粒级，粒径大于100 μm的浮游生物对体长小于5.5 mm的光背团水虱贡献率较低，对体长大于5.5 mm的光背团水虱的贡献率随着体长增大而相应增大，说明不同生长阶段的光背团水虱食性有差异。对光背团水虱食性分析的结果可为深入研究团水虱爆发的原因及危害红树林的作用机理提供基础资料。     

桂林洞穴滴水对应CaCO3沉积物的稳定同位素特征与环境意义

桂林地区降水及茅茅头大岩滴水滴速和现代碳酸盐的碳氧同位素研究表明:(1)滴水沉积的δ18O达到了同位素沉积平衡,洞穴滴水的δ18O与同期降雨的δ18O值呈正相关关系;(2)在旱季和湿季交替时,滴水δ18O值滞后于降雨δ18O,受活塞效应的影响;(3)δ13C难以达到同位素沉积平衡,主要受滴水动力学影响;(4)同一洞穴不同滴水对环境的响应不同,如果洞穴顶板覆盖较厚,水分在土壤和岩层中滞留时间较长,滴水则反映受到平滑作用的降雨,反之则波动较大.     

海洋硅藻稳定同位素研究进展

对海洋初级生产力贡献约40%的硅藻,在全球气候与碳循环中扮演着重要的角色。硅藻稳定同位素(δ30Si和δ18O,δ13C和δ15N)测试对象分别为从海洋沉积物中提取的纯硅藻壳体的生物硅和氧及其内嵌有机质的碳和氮。联合运用各种物理分离(去有机质、碳酸盐,筛分,差异沉降,重液浮选以及微池分流重力场流分离技术)和化学纯化技术从沉积物中提纯出硅藻是其稳定同位素古海洋学应用的前提。确定硅藻δ15N两种制样过程(燃烧和湿式消解)中是否分别存在大气N2和非NO3-组分的污染;δ30Si分析中氟化剂使用的避免、制样方法的改进以及MC-ICP-MS对硅同位素分辨能力的提高;δ18O分析中硅藻壳体外层不稳定氧的完全有效去除,是其同位素古海洋学应用范围扩大和精度提高的关键。硅藻δ13C能评估大气PCO2和海洋初级生产力变化;δ15N和δ30Si可定量示踪海洋硝酸盐和硅酸等营养物利用程度;δ18O则记录了海表温度和海水氧同位素组成。硅藻稳定同位素信号单一,受后期改造作用弱,生命效应低,解译针对性强,在两极和赤道少(或缺)有孔虫海区应用广泛。在此基础上,对目前该领域中存在的问题及未来的研究方向进行了阐述。     

太平洋东北部水合物脊现代甲烷渗漏区有孔虫记录甲烷的碳同位素证据

俄勒冈州外海水合物脊现代甲烷渗漏区的发现，为研究甲烷对活体有孔虫生态和地球化学方面的影响提供了机会。2002年在水合物脊南部高点获取一批岩心。样品经保存和染色后用来测定Uvigerina peregrina、Cibicidoidesmckannai和Globobuliminaauriculata3个底栖有孔虫属种的活体（经染色）和死体的碳同位素（δ13C）组成。有孔虫样经光学显微镜和扫描电镜检查，未发现有成岩作用或自生碳酸盐沉淀作用的迹象。渗漏区活底栖有孔虫单体记录的乎δ13C值在-0．4％--21．2％0之间，说明受高浓度甲烷碳同位素的影响。渗漏区底栖有孔虫护C平均值（由单体样品计算）范围在-1．28％--5．64％0之间，而背景区（没有甲烷渗漏）的介于-0．81％--0．85％之间。为了解环境因素对底栖有孔虫δ13C值的影响，对细菌席和蛤床两种截然不同的甲烷渗漏环境的底栖有孔虫进行研究。细菌席区的有孔虫单体比蛤床区的具有更负的δ13C值。我们解释这种差异是食物来源或共生细菌对底栖有孔虫δ13C值影响的结果，通过溶解无机碳（DIC）作用于底栖有孔虫，使其δ13C值负偏移。对比活体和死体底栖有孔虫的δ13C值，并未发现统计上的差异。这说明自生碳酸盐沉淀作用未在观测到的同位素组成中起主导作用。然而，少量极度亏损δ13C（〈-12％）的死体底栖有孔虫确实显示了自生碳酸盐岩沉积对有孔虫δ13C值影响的潜在证据。     

应用稳定同位素技术研究江苏近海食物网营养结构的季节性变化

本研究基于稳定同位素技术对江苏近海春、夏、秋季采集的不同生物类群(鱼类、甲壳类、头足类和底栖动物等)进行稳定同位素的分析,利用SIBER模型计算不同季节消费者的营养生态位,并计算出6种营养结构的量化指标.结果表明,3个季节的δ13C值、δ15N值均差异不显著(p>0.05).春季δ13C值范围为?24.47‰～?14....     

基于碳、氮稳定同位素分析中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)幼蟹溯河洄游期食物来源变化

中华绒螯蟹(Eriocheirsinensis)是我国重要的渔业捕捞和水产养殖对象,但野生中华绒螯蟹溯河洄游过程中的摄食生态尚不明确。本论文以长江野生中华绒螯蟹为研究对象,沿其洄游路线设置3个采样区域,采集不同发育时期的幼体及其潜在的食物来源等样品。通过对比分析幼体及食源样品的碳、氮稳定同位素特征,对中华绒螯蟹溯河洄游期的食物组成及变化进行探讨。结果发现,从大眼幼体到幼蟹,碳稳定同位素(δ~(13)C)呈现逐渐变轻的趋势,氮稳定同位素(δ~(15)N)呈现逐渐变重的趋势。表明中华绒螯蟹从大眼幼体到幼蟹的发育过程中,随着幼体不断向上游江段回溯,食物中陆源物质的比例逐渐增大,食物来源由浮游性食物向底栖性食物转变,且营养级逐渐增高。综合分析证明,在生境多样化、食物来源复杂的河流生态系统中,δ~(13)C值呈现的是食物来源的区域性和特异性,可以识别中华绒螯蟹洄游过程中的食源变化。δ~(15)N值虽受到区域氮源以及生物地球化学过程的影响,仍能体现幼体发育过程中营养级的差异。     

外源对太湖河口沉积物有机质贡献的同位素示踪

分析了太湖流域不同土地利用类型土壤、河口表层沉积物及主要生物的有机碳含量和同位素分布特征,并利用端元混合法求取了陆源输入对湖泊沉积物有机质的贡献及分布。研究结果表明,流域表层土壤有机质δ13C受植物群落的δ13C值影响,不同植被类型的土壤有机质δ13C值存在差异。茶园、菜地、林地和农田δ13Corg平均值分别为-25.4‰、-25.8‰、-27.1‰和-28.1‰,其中茶园有机碳同位素值最高。河口表层沉积物有机碳同位素变化范围为-27.5‰～-25.1‰,平均值为-25.7‰。河口近岸区域表层沉积物δ13Corg偏低,且以河口为轴心向湖心逐渐增大,呈扇形条状分布,其分布主要受低δ13C值的陆源有机质输入影响。利用端元混合法求得近河口表层沉积物中陆源有机质贡献高达70%～80%,随着离岸距离的增加,陆源有机质贡献量逐渐减少。     

长江口海域悬浮颗粒有机物的稳定氮同位素季节分布与关键生物地球化学过程

对2010年2、5、8、11月份长江口海域水体中的悬浮颗粒物进行稳定氮同位素分析。根据不同季节、不同区域内悬浮颗粒有机物的稳定氮同位素组成(δ15 Np)值的变化研究水体中氮的迁移、转化等生物地球化学过程,揭示其环境行为,从而对该海域的氮循环机制进行探索。研究发现:长江口海域悬浮颗粒物的稳定氮同位素组成具有较宽的分布范围,δ15 Np值分布范围为-1.1‰~8.6‰,具有明显的时空分布特点,反映了不同程度的陆源输入和氮的生物地球化学过程的影响。其中,2月份生物反应较弱,δ15 Np分布体现了陆源和海源的混合特征;5月和11月份上层水体δ15 Np随叶绿素a升高而降低,指示了生物的同化吸收作用;8月和11月δ15 Np和总溶解无机氮呈现极显著正相关关系,说明该海域发生了氮的矿化再生。