从树轮б~(13)C序列中提取大气б~(13)C信息的可行性研究

工业革命以来化石燃料的大量使用和森林的过度砍伐,引起大气CO2浓度大幅度增加,但同时由于"Suess"效应,大气δ13C值却在不断下降。研究大气δ13C值的变化历史,不仅有助于预测其今后的趋向,而且可以用来了解碳循环的自然变率和校正全球碳预算模型。由于直接的仪器测量从1978年才开始,因此便产生了各种各样的替代方法。利用树轮δ13C值重建古大气δ13C值的变化就是其中的一种,但树轮δ13C值容易受到外界环境因子的影响,从树轮δ13C值中得到的大气δ13C值存在很大的差异。本文分析了树木生长季(5—9月)温度和降水对树轮δ13C值序列变化趋势的影响。结果表明,温度和降水对树轮δ13C序列的趋势变化没有明显的影响,树轮δ13C值近几十年来下降的趋势主要反映的是大气CO2浓度的增加引起的"Suess"效应。但自然灾害的发生和树轮δ13C值的边材效应可以改变这种结果,如新疆昭苏树轮δ13C值和年轮宽度分别在1969年和1967年突然升高以及青海祁连树轮δ13C值在1990年后上升。     

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。     

北京地区近70年来白皮松树轮纤维素的碳稳定同位素与气候变化

对采自北京大学校园内的白皮松（Pinus bungeana)树轮α-纤维素的δ^13C进行了分析，结合北京气象台的气象记录，建立树轮δ^13C与气候各要素的回归方程，重建值与观测值吻合较好，表明北京地区树轮α-纤维素的碳稳定同位素与1928-1999年3-9月的平均气温及6-9月的平均降雨量显著相关，重δ^13C对应于3-9月的低温和6-9月的少雨，轻δ^13C对应于3-9月的高温和6-9月的多雨。而3-9月的温度正好是适宜树木生长的光合作用所需要的最佳温度，6-9月正好是一年中降雨最充沛的时期，由此认为；树轮δ^13C值与生长季节的降水和气温密切相关，可以考虑作为季风盛行地区的气候替代性指标。在一定程度上反映了季风盛行区白皮松树轮纤维素碳稳定同位素与气候因子的关系。     

辽宁暖和洞石笋δ13C对全新世气候变化的生态响应

基于辽宁暖和洞年层石笋NH5的7个230 Th年龄和962个碳同位素数据,建立了10.6～3.5kaBP时段全新世气候及生态演化的δ13 C序列,其长期演化趋势与北大西洋海表温度变化基本一致。该记录表明,10.6～8.8kaBP,δ13 C值逐渐负偏,由-9.4‰降至-10.3‰,气候逐渐转暖湿;8.8～6.7kaBP,δ13 C值负偏显著,平均值为-11.3‰,此时,气候温暖湿润,对应于全新世适宜期,纹层计数显示其持续时间约为1 945a;6.7～3.5kaBP,δ13 C值显著正偏,由-11.3‰升至-8.3‰,干旱化趋势明显。石笋δ18 O时间序列显示出相似的变化趋势。在6.7kaBP前后,δ13 C、δ18 O均快速正偏,纹层计数显示约在40a内完成气候由暖湿到冷干的突变转型,可能是由于北大西洋海表温度降低和植被-大气系统的反馈作用对太阳辐射减少具有放大效应。     

南沙珊湖礁生态系生物体中δ13C的分布

1999年4月对南沙群岛海珊瑚礁生态进行调查，采集了永署礁和渚碧礁生态系统中不同营养极的生物样品，测定了它们的稳定同位素^13C的丰度δ13C,结果表明，永署礁中的δ13C沿着的链有明显的增加趋势，渚碧礁则不明显，渚碧礁生态系中δ13C的平均值为－17．7‰），这主要与生物种群的差异，纬度变化及环境因子有关。底枉性鱼类比游游性鱼类的δ13C相对高，对于肉食的珊瑚礁鱼类来说，不型鱼类肌肉中的丰度要高于中型和大型鱼类，这可能是由于代谢反应差异引起的，作为代谢的主要器官肝腑的^13C有更高的富集度，温度，生物合成以及初级消费者的食物是以C3还是C4植物为主对生物体内的δ13C起决定作用。     

62kaBP以来湖光岩玛珥湖沉积物有机碳同位素记录及古气候环境意义

湖光岩玛珥湖HUG-B孔岩心记录了62kaBP以来的古气候、古环境变化信息。全岩有机碳同位素组成(δ^13CTOC)分析表明，62kaBP以来δ^3CTOC值变化比较明显，其变化范围为-28．5‰～-15．5％0。结合孢粉和有机地球化学指标进行综合分析，湖光岩玛珥湖δ^13CTOC变化曲线可划分为6个演化阶段：62～58和48～40．5kaBP两个时段的δ^13CTOC值偏负，沉积物中有机质主要来源于热带-亚热带地区的陆生C13森林植被，反映了温暖潮湿的气候环境；58～48和40．5～17．2kaBP期间δ^13CTOC值明显偏正，沉积物中有机质主要源自C4草本植物，反映了湖光岩地区有效降水量减少、干旱程度增加导致湖光岩玛珥湖湖面下降，大量C4草本植物生长在暴露的湖滨岸；17．2～4kaBP时段内δ^13CTOC值尽管存在更加频繁的波动，但总体呈现逐渐偏负的趋势，反映了暖湿和冷干气候多次交替但总体上逐渐变暖、变湿的气候环境；4kaBP以来δ^13CTOC值存在逐渐偏正的趋势，虽然不排除人类活动的影响，但很可能反映了干旱程度的再次增加。综合分析表明，有效降水量(降水量-蒸发量)是控制湖光岩玛珥湖地区C3／C4植物相对生物量变化的主导因素。湖光岩玛珥湖有机碳同位素的研究结果支持区域气候环境而不是大气CO2浓度变化是末期冰期以来热带低纬度地区C3／C4植被相对生物量变化的主要原因。     

南沙珊瑚礁生态系生物体中δ13C的分布

1999年4月对南沙群岛海域珊瑚礁生态系进行调查,采集了永暑礁和渚碧礁生态系统中不同营养级的生物样品,测定了它们的稳定同位素13C 的丰度δ13C,结果表明,永暑礁中的δ13C沿着食物链有明显的增加趋势,渚碧礁则不明显.渚碧礁生态系中δ13C的平均值为-17.7‰,明显高于永暑礁(-19.5‰),这主要与生物种群的差异,纬度变化及环境因子有关.底栖性鱼类比游泳性鱼类的δ13C相对高.对于肉食性的珊瑚礁鱼类来说,小型鱼类肌肉中的丰度要高于中型和大型鱼类,这可能是由于代谢反应差异引起的.作为代谢的主要器官肝脏对13C有更高的富集度.温度、生物合成以及初级消费者的食物是以C3还是C4植物为主对生物体内的δ13C起决定作用.     

印度南部热带泥炭晚第四纪气候变化的δ^13C记录

利用稳定碳同位索比值作为古气候的指示剂．取决于C3和C4植物型对生态环境的不同要求，它们的^13C／^12C之比差异较大．C3和C4植物按照各自固碳的光合作用途径，二者分别具有-26‰--28‰和-11‰--13‰的δ^13C值．这也说明它们对生态环境的不同选择．     

南沙珊湖礁生态系生物体中δ_(13C)的分布

1999年4月对南沙群岛海域珊湖礁生态系进行调查,采集了永暑礁和渚碧礁生态系统中不同营养级的生物样品,测定了它们的稳定同位素 13C的丰度δ13C,结果表明,永暑礁中的δ13C 沿着食物链有明显的增加趋势,渚碧礁则不明显.渚碧礁生态系中δ13C 的平均值为 -17.7‰,明显高于永暑礁( -19.5‰),这主要与生物种群的差异,纬度变化及环境因子有关。底栖性鱼类比游泳性鱼类的δ13C 相对高。对于肉食性的珊瑚礁鱼类来说,小型鱼类肌肉中的丰度要高于中型和大型鱼类,这可能是由于代谢反应差异引起的。作为代谢的主要器官肝脏对13C有更高的富集度。温度、生物合成以及初级消费者的食物是以C3 还是C4 植物为主对生物体内的δ13C 起决定作用。     

厦门大气降水的氢氧同位素研究

本文研究了厦门地区大气降水的氢、氧同位素组成,提出了大气降水线方程的δD＝8．16δ^18O＋10．68,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。对全年氚过剩值（d）及降水线特征研究表明,厦门岛全年降不涞源较为单一,主要为海洋性气团。降水中δD与δ^18O的降水量效应明显,且该影响远远掩盖了温度效应。     

C3植物碳同位素在旱季和雨季中的变化

通过对C3植物在旱季和雨季的碳同位素测定，在尽可能将其它因素影响分离开的自然环境下，主要研究了降水因素对植物碳同位素组成的影响。结果显示，C3植物在旱季的δ^13C组成较雨季明显偏重，同时发现，不同植物种的δ^13C组成在旱季与雨季中的变化程度不一样，说明不同植物种对水分变化的响应程度有差别。     

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。     

冰川旋回中的Ca循环与C循环初探

钙同位素是近20a来才被人们关注的海洋中阳离子同位素,通过对东北印度洋近30万a来冰川旋回中浮游有孔虫Globigerinoides sacculifer 壳体δ44Ca的研究,并与δ18O和δ13C的对比分析给出了冰川旋回中水圈、气圈、生物圈的Ca循环和C循环的一般模式:当大洋生产力升高时,由于海洋生物构建硬体的需要取走大量CaCO3,生物固定Ca2+和CO2的"泵"功能增强,海水中δ44Ca值升高,引起大气CO2浓度降低,促进了全球气候变冷;当大洋生产力降低、生物总量减少时,生物对Ca同位素分馏的弱化和对CO2需求的减少,必然导致大洋海水中δ44Ca值降低和CO2浓度的升高,大量CO2逸出海面,作为全球 CO2的"源"促使大气中CO2浓度升高.     

现代腕足动物壳体的δ^18O和δ^13C值

现代腕足动物壳体的δ~（１８）Ｏ和δ~（１３）Ｃ值Ｊ。Ｃ。Ｓｃｏｔｔ等在过去的３４年里，许多科技工作者利用古代腕足动物壳体的δ１８值作为古海水δ１８Ｏ值或温度的长期变化的指示物。最近，腕足动物壳体的δ１８Ｏ值被用来计算古海水的温度、密度和盐度，以了解古...     

藏南沉错沉积物有机质δ13C对湖区环境冷暖变化的响应

湖泊沉积物有机质碳同位素δ13C是一种重要的环境代用指标,其对环境变化的响应较为复杂。通过研究藏南沉错CC1孔216cm柱状沉积物中有机质δ13C的变化,认为其波动是对湖区环境冷暖变化的良好响应,且在暖期偏低,而在冷期偏高。以δ13C的变化为基础并结合其他地球化学指标包括总有机碳(TOC)、氢指数(HI)、碳氮比(C/N)等,讨论了研究区近1400a来的冷暖变化,进一步划分出了4个暖期和4个冷期以及若干冷暖过渡期。其中4个暖期依次和“隋唐温暖期”、中世纪温暖期(包含中间2个暖期)和20世纪变暖相对应;而4个冷期中的后3个分别对应于小冰期的3个冷期,其时间范围分别约为1460—1510AD、1660—1770AD、1850—1900AD。CC1孔δ13C值波动所指示的冷暖时期与青藏高原其他地区和我国东部地区利用冰心、树轮、物候资料、史料及观测等资料的研究结果较为相似,反映了湖泊沉积物有机质δ13C作为环境代用指标的有效性以及藏南沉错地区气候变化与其他地区的相似性。     

广东流沙湾5种贝类的δ~（13）C值和δ~（15）N值研究

广东流沙湾海水养殖业发达,尤其是贝类增养殖已成为当地的支柱产业.但近年来其养殖环境的恶化对贝类产品的安全输出造成了越来越严重的影响,利用稳定同位素技术研究贝类的新陈代谢过程可为贝类增养殖提供较先进的基础数据.本研究选取流沙湾的5种重要养殖贝类,对其肌肉组织、鳃、外套膜和内脏囊分别进行稳定碳、氮同位素测定分析.结果表明,贝类δ13C值的范围是-19.14‰～-15.11‰,δ15N值的范围是6.10‰～10.57‰.从大小、组织、种类三方面比较5种贝类的稳定碳氮同位素比值,可得出如下结论：同种贝类,大小不同,其δ13C、δ15N值大都随壳长、壳重的增大而减小,但翡翠贻贝（Pernaviridis）的δ13C值和墨西哥湾扇贝（Argopecten irradians concentricus）的δ15N值则相反,无论大、小组之间δ13C、δ15N值的变化是增大还是减小,幅度均不超过1.00‰;同种贝类,组织不同,其δ13C、δ15N的最小值均为内脏囊,δ13C的最大值不定,δ15N的最大值也是内脏囊;相同组织,不同贝类,其δ13C、δ15N值的大小排列顺序各不相同,无统一规律,但华贵栉孔扇贝（Chlamys nobilis）的δ13C值均小于墨西哥湾扇贝,而马氏珠母贝（Pinctada martensii）的δ15N值均小于企鹅珍珠贝（Pteria penguin）.由研究数据可推知流沙湾双壳贝类的物质与能量流动途径基本是由内脏囊到外套膜和鳃,最后到肌肉.     

青海湖沉积物有机碳含量与同位素和粒度特征及其古气候意义

对青海湖沉积物中粒度参数、总有机碳（TOC）含量及其δ^13C值的形成条件与环境气候的关系进行了研究。结果表明：在暖湿时期，沉积物中有机碳含量（TOC）较高，有机质的δ^13C值较高，沉积物的平均粒径较细；反之，在冷干时期，沉积物中有机碳含量（TOC）较低，有机质的δ^13C值较低，沉积物的平均粒径较粗。反映出沉积物中TOC含量、有机质δ^13C值及粒度特征与气温具有良好的相关性。结合^14C测年，分析了湖区古气候演化序列，表明自8500aBP以来湖区气候经历了4个演化阶段：即暖湿－凉干－温湿－冷干的变化过程。     

最近千年来山东半岛西部气候环境变化的石笋δ~(18)O、δ~(13)C记录(Ⅰ)

Ky1石笋采自山东半岛西部的开元洞,沿生长轴方向长度75mm。在高精度U-230 Th测年基础上,通过年纹层连续计数和平均沉积速率内插/外推相结合的定年方法,确定Ky1石笋生长于892—1894AD的1 000年间。在沿石笋生长轴采集的583个样品中,选择303个进行了δ18 O、δ13 C测试,平均分辨率约为3年。结果显示,最近1000年来Ky1石笋的δ18 O比值变化呈现明显阶段性,显示与小冰期(LIA)和中世纪暖期(MWP)对应的数百年尺度波动。根据δ18 O记录,山东半岛在1482AD前后发生与MWP/LIA转换对应的气候突变,1 482AD前相当于夏季风强烈、降水较多的中世纪暖期,1482AD后则为夏季风微弱、降水较少的小冰期,以1609AD夏季风最弱。Ky1石笋的δ13 C比值变化,也由与MWP、LIA相当的两个阶段构成,其间也存在突变关系。比较而言,δ13 C变化要比δ18 O显著平缓,而且LIA后期以来二者变化明显不同步。最近1 000年来,与MWP/LIA对应的气候突变相当于明朝中期;就各个朝代内部的气候变化趋势而言,不同朝代之间不尽相同;不同朝代之间的更替期均大致与MWP、LIA内部的次级气候突变时期对应。因此,中世纪暖期和小冰期内部的次级气候波动对中国社会发展的影响,可能比千年尺度上最剧烈的MWP/LIA突变本身更显著。另一方面,洞穴所在山地的土地利用程度不断提高,其与气候变化共同影响着洞穴所在山地的植被的C3/C4植物构成及土壤性质,从而影响到石笋δ13 C比值。从892—1318AD,土地利用对山地植被构成、土壤特征的影响程度尚不及气候变化;1318—1479AD,已达到或超过小幅度的气候变化;1483—1779AD,达到或超过大幅度的气候变化;1779—1894AD,土地利用程度趋于稳定,气候变化对环境的影响程度则又相对凸显。     

~(13)C/~(12)C比值在海洋生态系统营养关系研究中的应用──海洋植物的同位素组成及其影响因素的初步探讨

于1993年2月-1995年5月,采用生物显微镜鉴定并计数和高温氧化的方法,对崂山湾海洋植物的种类组成及其有机碳同位素组成的季节性变化作了5个季度月的研究。结果表明,该区同采浮游植物全年以硅藻为主,甲藻在夏季也可成为优势种之一。浮游植物的碳同位素组成在夏季较重,冬季和春季较轻,并与海水温度有弱的正相关性。浮游植物δ13C值的变化范围为-259ｘ10-3—-19.2ｘ10-3,全年平均值为（-23.2±2.4）ｘ10-3。该生态系统的另一碳源为底栖藻类,其δ13C平均值为（-18.5±2.4）ｘ10-3,明显区别于浮游植物。对除温度以外的其它影响海洋植物同位素组成的因素,诸如植物种类组成、海水中溶解无机碳δ13C值、CO2供应速率以及CO2固定过程中不同验化酶的同位素分馏作用等也作了初步探讨。     

珠江口及其邻近海域沉积物甲烷-硫酸根界面分布深度及影响因素

利用化学和稳定同位素化学等方法分析研究区沉积物间隙水甲烷和硫酸根、pH和∑CO2以及δ^13C—CH4和δ^13C—ECO2的垂直剖面分布。结果显示，间隙水硫酸根浓度呈线性梯度减小，至沉积物甲烷-硫酸盐界面（sulfate-methane interface，SMI）附近，硫酸盐几乎全部消耗而甲烷浓度急剧增大；与此同时，间隙水pH和∑CO2在该深度位置明显升高。间隙水地球化学特征揭示了沉积物发生了AOM作用。在AOM过程中，由于^12CH4氧化速率较^13CH4快，故引起沉积物间隙水剩余甲烷的碳同位素偏重，而δ^13C—ZCO2值变为极负，珠江口QA11—2、QA12-9、QA12—14和GS-1四个站位SMI对应深度分别为12cm、38cm、50cm和204cm，而南海BD-7站位由间隙水硫酸根剖面变化推算约为600cm。从珠江河口到南海沉积物，由于受陆源输入的减少，表层沉积物有机质含量呈降低趋势。有机质输入量及其活性的高低是制约了沉积物SMI分布深浅的关键因素，这是由于高含量的活性有机质一方面可加速间隙水硫酸根通过有机质再矿化分解作用途径消耗；另一方面可引起向上扩散进入AOM反应带的甲烷通量增大，使得通过AOM作用的硫酸根消耗通量相应增大，其结果造成沉积物SMI的上移。根据沉积物C／N比值以及^13C剖面变化，推断AOM作用的可能发生机制是由于在沉积物表层再矿化作用过程中，因一部分活性有机质被大量消耗，导致进入沉积物硫酸根还原带底部的活性有机质数量相应减少，从而引起部分硫酸根转为与甲烷发生反应，并在微生物的作用下完成AOM过程。