吉林小龙湾沉积速率的210Pb和137Cs年代学方法测定

吉林省辉南县、靖宇县境内有很多小型湖泊(人称龙湾),属火山成因,也可称作玛珥湖^[1]。其中小龙湾(42°18′N,126°22′E),位于辉南县境内,湖面海拔655m,近椭圆形,湖泊长、宽分别约400m和250m,是该区最小的一个积水玛珥湖,湖泊周围无地表径流输入,湖泊面积基本等同流域面积。周围山体海拔约700m,植被茂盛,主要由多旋回、互层的玄武质火山碎屑岩组成,包括火山角砾岩和凝灰岩。2001年6月在湖泊中心部位水深14.41m处,用重力取样器钻取湖泊沉积岩心,岩心长49cm。该孔沉积岩性均一,     

32KaB.P.以来东北二龙湾玛湖沈积序列的粒度特征及其古环境意义

玛珥湖沉积物是古气候环境变化记录的优良载体[1].近年来,我国玛珥湖沉积序列的高分辨率古气候记录研究取得了重要进展[2～6].     

玛珥湖与过去全球变化研究

古气候变化突变事件和气候周期的发现将过去全球变化研究推进到了高分辨率的新阶段。玛珥湖在形成和保存高分辨率气候环境记录方面具有独特的优势,玛珥湖研究所取得的重要成果也显示了在过去全球变化研究方面的巨大潜力。简要回顾了玛珥湖的研究历史,从纹层、年代学、多学科多指标综合研究等方面概括了国际玛珥湖沉积与环境研究的若干进展,并介绍了我国在玛珥湖研究方面的发展情况。     

中国玛珥湖及其研究意义

随着全球变化研究的深入,科学家们认识到古气候变化除轨道尺度的冰期/间冰期旋回之外还存在年代际-千年尺度的高频变化和突变事件。要认知这些变化,古气候记录的时间分辨率要达到"年-年代际"。因此,寻求时间跨度长、连续性好、信息丰富的高分辨率记录是过去全球变化研究面临的主要任务之一。玛珥湖为火山射汽喷发形成的封闭湖泊,由于其独特的形成机制及水文背景,使其能够提供数万年乃至几十万年连续稳定的沉积记录,是高分辨率古气候、古环境变化研究的重要对象。中国玛珥湖得天独厚,从热带到寒温带均有分布,为系统研究中国不同气候区各种时间尺度古气候变化规律提供了理想材料。本文基于中国玛珥湖的分布及沉积特征,探讨玛珥湖沉积记录能够为古全球变化研究做出怎样的贡献,解决什么科学问题,具体包括以下三个方面的内容:(1)在轨道尺度上,精确定位现代气候在地质历史中的位置是未来最具挑战性的科学问题之一。我国热带地区玛珥湖沉积物跨越了至少4个冰期-间冰期旋回,能够为理解冰期驱动机制、下一次冰期来临、高低纬关联等关键科学问题提供多学科数据;(2)千年尺度古气候变化,其成因可能源于不同的动力学机制,是气候系统对各种外部和内部驱动因子响应的结果,因此千年震荡可能存在明显的时空差异。集成不同气候带的玛珥湖沉积记录将为理解千年震荡规律及其驱动因子做出贡献;(3)年-年代际气候变化是预测未来气候变化的基础,PAGES、IPCC以及PAGES-Asia 2K均将过去2千年来气候变化作为预测未来几十年至百年尺度上重大全球变化的背景,并为此构建全球数据体系,玛珥湖沉积特别是纹层沉积记录能够填补某些地区高分辨率数据的空白。     

吉林辉南二龙湾玛珥湖12.0 ka B.P.以来孢粉记录与气候变化

东北二龙湾玛珥湖孢粉记录显示,12.0 ka B.P.以来,该区植被和气候经历了以下变化：11.76～9.81 ka B.P. 发育针阔叶混交林,气候冷干。9.81～4.11 ka B.P.为落叶阔叶林植被景观,前期（9.81～8.86 ka B.P.）温干,为增温期;后期（8.86～4.11 ka B.P.）暖湿,为气候适宜期。4.11 ka B.P.至今,再次发育针阔叶混交林, 其中1.62 ka B.P.以前,气候温凉;之后湿度下降,气候凉干。研究表明:YD（11.56～10.21 ka B.P.）事件在二龙湾玛珥湖孢粉资料中有突出记录,4.0 ka B.P.左右开始的降温现象在东北东部地区广泛出现。     

玛珥湖古气候环境研究进展

玛珥湖特有的沉积环境为发育和保存长时间尺度、高分辨率气候和环境记录提供了理想场所,其沉积物为过去全球变化研究提供了理想的研究材料。国际玛珥湖沉积与环境研究的进展在解决一些重要的古气候问题方面显示出了巨大的潜力。近年来,我国也在玛珥湖纹层和沉积物的多学科、多指标综合研究方面取得了有意义的成果。本文就玛珥湖在纹层年代学、火山灰年代学、磁性地层学方面的研究以及古气候、古环境重建方面取得的研究成果做简要的介绍。     

18.5kaB. P.以来东北四海龙湾玛珥湖全岩有机碳同位素记录及其古气候环境意义

结合含水量、TOC含量和TOC/TN比值变化曲线,18·5kaB·P·以来的四海龙湾玛珥湖沉积物全岩有机碳同位素组成（^δ13C_TOC）记录可划分为3个阶段:1)末次冰期晚期（18·5～14·7kaB·P·）,^δ13C_TOC值偏正,变化范围为-29·50‰～-26·18‰,平均值约为-28·10‰;2)末次冰消期（14·7～11·7kaB·P·）,^δ13C_TOC值显著偏负,变化范围为-33·92‰～-28·40‰,平均值约为-31·75‰,在^δ13C_TOC值变化曲线上表现为一个低谷,但在类似YoungerDryas的冷干事件期间（12·7～11·7kaB·P·）,^δ13C_TOC值再次显著偏正,最高可达-28·4‰;3)全新世以来（11·7kaB·P.至今）,^δ13C_TOC值变化幅度不大（-30·85‰～-27·37‰）,基本上都在平均值-29·1‰左右。研究表明,大气CO₂浓度变化是影响18·5kaB·P·以来四海龙湾玛珥湖^δ13C_TOC值变化的主导因素。     

四海龙湾玛珥湖沉积物中碱流质火山灰的来源及其意义

四海龙湾玛珥湖位于东北新生代龙岗火山区内,在玛珥湖沉积物距湖底69-70cm处分离出新鲜的火山灰。根据火山灰产出的层位、原生沉积特征、形貌和碱流质化学成分特征,属于长白山天池火山公元1199-1200年大喷发的产物。这一结果不仅表明天池火山历史时期大喷发的规模比原来估计的还要大,并且为建立千年以来四海龙湾沉积物及古气候演化的时间标尺提供了依据。     

玛珥湖高分辨率古环境研究的新进展

玛珥湖的形成机制和特点不同于一般的火山口湖,其特有的沉积环境是发育和保存高分辨率气候记录的理想场所。近年来国外的玛珥湖研究在解决一些重要的古气候问题方面显示出巨大潜力。中国玛河湖分布广泛,中国科学院地质研究所最近对湖光岩玛珥湖的研究已经获得了初步成果。加强中国玛珥湖的研究,从不同地区玛珥湖的沉积物中获取高分辨率的气候变化信息,无论是对于研究东亚地区长期气候环境变迁历史,还是短期的人类活动与环境演变的关系,必将会取得非常有意义的成果。     

东北四海龙湾玛珥湖沉积物纹层计年与137Cs、210Pb测年

对东北四海龙湾玛珥湖SHLF6孔纹层沉积物的¹³⁷Cs放射性测量表明:¹³⁷Cs比活度的最大值出现在55cm处,对应于1963年世界原子弹试爆高峰期。纹层计年表明0～6cm共有35个纹层层偶。从75cm到65cm,¹³⁷Cs比活度从256±009dpm/g急剧增加到1868±017dpm/g,可能65cm对应于1954年。通过测量²²⁶Ra子核²¹⁴Pb和²¹⁴Bi（能量为295keV,352keV和609keV）放射的光子数获得²²⁶Ra比活度数据,然后求得过剩²¹⁰Pb_{比活度（²¹⁰Pbuns）。²¹⁰Pbuns比活度随深度增加而呈指数衰减,其异常波动可能与人类活动以及沉积速率变化有关,例如55cm处²¹⁰Pb比活度较高,与¹³⁷Cs的峰值对应,这可能与1963年前后人工核实验的高峰有关,因为核试验不仅产生¹³⁷Cs,而且可以产生208Pb和²¹⁰Pb;45cm处²¹⁰Pb比活度较低,而²²⁶Ra较高,可能与人类活动加剧,导致沉积速率增加有关。根据²¹⁰PbunsCRS模式,SHLF6孔0～19cm的平均沉积速率为20mg/cm²·a,或约为011cm/a。²¹⁰Pb测年数据与¹³⁷Cs时标及纹层计年均有很好的一致性。四海龙湾玛珥湖发育的纹层为年纹层,可以建立高分辨率时间序列。}     

南海南部晚第四纪表层海水温度的变化及其与极地冰芯古气候记录的比较

本次研究选取南海南部"太阳号"95航次17961-2柱状样(8°30.4′N,112°19.9′E,水深1795m,柱长10.3m)的175块样品进行浮游(Globigerinoides ruber)和底栖有孔虫(Cibicidoides wuellerstorfi)的氧碳稳定同位素及浮游有孔虫G.ruber壳体的Mg/Ca比值测定,再造了距今约140ka以来时间分辨率约800年的表层海水温度(SST)变化,揭示末次冰期南海南部的SST曾降温达约5℃,且存在类似Dansgaard-Oeschger(D/O)事件的千年尺度波动。将南海南部的研究结果与极地冰芯古气候记录进行对比,发现在千年时间尺度上南海南部SST的变化特征与南极冰芯的古气候变化相一致,而与格陵兰冰芯^δ18O所展示的锯齿状形态D/O事件的变化不一样,且最近的两个末次冰消期南海南部SST与代表高纬冰盖体积大小的底栖有孔虫^δ18O几乎同步变化,反映南海南部热带海区古气候变化的特殊性,为进一步研究低纬热带海区在全球古气候变化中的作用提供了新证据。     

逊克晚新生代火山岩岩石学特征初步研究

逊克县（48°30′～49°30′N,127°30′～129°00′E）位于黑龙江省北部的黑龙江中游南岸,小兴安岭中段以北,境内广泛分布着晚新生代火山岩,是新生代环太平洋火山带中国东部火山区的一部分^[1,2]。逊克东有抚顺-密山火山带,西邻五大连池火山群。系统而深入的研究结果^[3,4]表明,逊克东西两侧的火山岩在岩性特征和化学组成方面有着显著差异。野外考察发现,逊克新生代火山岩主要为裂隙式喷发,沿河流分布,形成火山岩台地、石海、石垄、丘陵、低山,表层岩石气孔发育,总体呈浅灰黑色。少量呈中心式喷发,以低平丘状产出,喷发中心由砖红色火山熔岩渣组成。岩石薄片的镜下观察表明,逊克火山岩主要为隐晶至微晶     

甘肃西峰红粘土地层中蜗牛化石记录的古气候变化周期

米兰科维奇理论从地球轨道要素周期性变化驱动气候波动的角度出发,对第四纪时期古气候的周期性特征做出了成功的解释。近年来对更长尺度的贝加尔湖古气候记录的研究结果表明,晚中新世-上新世的气候变化具有40ka的周期性变化,气候环境演变和太阳辐射量的变化密切相关^[1,2]。古气候的周期性演化研究要求研究材料具有较准确的时间标尺、连续记录的地层和较高的样品分辨率。中国黄土高原地处中纬度地区,对太阳辐射的变化比较敏感,保存连续完整的晚第三纪风成沉积为研究长尺度的气候变化周期提供了可能,但限于一些气候代用指标在晚第三纪地层中的适用性,古气候变化周期方面的研究还比较少。蜗牛对气候的变化非常敏感,蜗牛化石是风成沉     

中国玛珥湖的时空分布与地质特征

自新生代以来 ,在亚洲东部大陆边缘的裂谷系和青藏高原内部及周边地区 ,火山活动频繁发生 ,形成大量火山和火山岩 ,在一些火山区还发育有大小不等、形态不一的玛珥湖 ,其中有的积水 ,有的干枯 ,它们集中分布于雷琼、东北、青藏高原等地区 ,跨越了热带、亚热带、温带和高寒地带。从中新世的山东山旺盆地 ,早更新世东北龙岗地区的龙湾 ,到雷琼地区中晚更新世的田洋、湖光岩等 ,几乎各个时代、各种类型的玛珥和玛珥湖都有 ,玛珥湖中的沉积物从几十米到一二百米厚度不等 ,记录了不同地区、不同时段气候环境演变的历史 ,对全球变化研究有着重要意义。     

玛珥湖与纹泥年代学

火山活动是影响全球变化的重要因素之一，玛珥湖和纹泥年代学是近年来古气候研究的新领域。玛珥湖由于其独特的封闭性及其物化条件，使之成为古环境变迁信息的理想载体。纹泥年代学是高分辨率研究过去全球变化的重要手段。玛珥湖的现存状态可以分为空型、湖型、沼泽型和干枯型。纹泥是某些玛珥湖中比较常见的一种沉积构造，它的形成需要一种精细的平衡。硅藻作为纹泥的一个重要组成部分，对光量、温度和各种无机盐反应敏锐，具有重要的古环境意义。能否制作完好的沉积物薄片是纹泥年代学成功与否的关键，本文对纹泥年代学的具体操作方法做了扼要介绍。中国有广泛的火山分布，其中不乏玛洱湖的存在，对之进行详细研究，不仅可以获得可与黄土、冰芯和深海岩芯相媲美的古气候序列，而且可以解决古气候学中某些难题。     

七十三万年来柴达木盆地察尔汗盐湖古气候波动的形式

本文采用¹⁴C、²³⁰Th和古地磁法,测定了察尔汗盐湖CK-6孔岩芯的年龄,并根据对该孔有机碳含量变化的研究,讨论了0.73Ma以来古气候波动的形式。初步结果表明,CK-6孔可与洛川黄土及深海沉积钻孔的气候曲线进行对比,认为全球性气候事件在青藏高原内部同样有明显的反映。     

来源物质控制的黄土酸不溶相87Sr/86Sr

陈骏等^[1]在黄土-古土壤序列的表生地球化学过程研究中指出,由于矿物在化学风化过程中的行为存在差异,Sr同位素比值的高与低能从一定程度上反映沉积物的风化强度,并据此可用于恢复东亚夏季风强度变化历史。但作为一种粉尘堆积,黄土物质在其源区即已经历过风化作用^[2],因此其Sr同位素比值应同时受控于源区和沉积区的风化作用;此外,同其他化学组成一样,我们有理由相信黄土颗粒的粗细变化也是其Sr同位素比值变化的主要控制因素。为了考察黄土硅酸盐矿物中。⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值的受控因素,本研究在中国黄土高原由南到北选取蓝田(109.32°E,     

塔里木盆地玛扎塔格第四纪沉积环境演变及构造学意义

塔里木盆地腹地玛扎塔格地区最近发现了完好出露的新生代连续沉积地层,其中第四系主要为细粒湖相沉积,从而提供了最新的来自盆地内部的古气候古环境研究载体。在详细野外考察基础上,沿厚约140m的剖面采集两百多块样品,本文报道了野外考察结果和样品碳氧稳定同位素数据,以期初步探讨盆地新生代晚期环境变化及相应的构造意义。中更新世气候转型期在玛扎塔格地区有清楚显示,主要表现为沉积组合的显著不同,湖相沉积物氧碳同位素数据(δ¹⁸O和δ¹³C)则呈现周期性波动震荡特征,并呈现出明显的反相关特征,尤其剖面最上部出现显著的δ¹⁸O负偏和δ¹³C正偏,可能暗示了一次较为极端的气候异常事件,或说明冰雪融水的影响逐步加深,说明积雪源区向沉积区的扩展。玛扎塔格地区广泛发育的第四纪湖相沉积和山前地带沉积特征明显不同,说明了区域构造运动的显著不均一性,作为西昆仑北缘冲断带的前锋部位,玛扎塔格断裂的最新活动时间为更新世晚期或全新世,且目前可能仍在持续进行。     

雷州半岛玛珥湖区玄武岩的年代、地球化学特征及其意义

我国南部雷州半岛是亚洲季风影响的核心区,区域内田洋、青桐洋和九斗洋这3个干玛珥湖沉积序列可为揭示低纬地区亚洲季风的轨道尺度变化提供关键证据。查明这些玛珥湖的形成年代、基底玄武岩的地球化学组成及其风化产物特征,为进一步获得沉积序列的年代控制、揭示沉积物替代指标的古气候意义提供了基础。本研究对3个干玛珥湖基底的玄武岩进行了K-Ar测年、地球化学成分和玛珥湖周围风化剖面粘土矿物的测试分析,得出了以下结论:1)田洋玛珥湖湖盆的形成年代为0.73~0.87Ma,首次报道的青桐洋和九斗洋湖盆的形成时代分别为0.82 Ma和0.81~1.08 Ma,它们均属于早更新世晚期到中更新世早期的石峁岭期火山射气喷发形成的。2)田洋、青桐洋和九斗洋玛珥湖基底玄武岩均属于石英拉斑玄武岩。同一时期喷发的石英拉斑玄武岩广泛分布在玛珥湖的周围,这些玄武岩风化的产物以高岭石、三水铝石以及赤铁矿为主,在降水较为充沛的时期,物理或化学风化的产物随地表径流汇入湖盆,是玛珥湖沉积的主要来源。本研究为正在进行的低纬地区更新世轨道尺度季风降水重建提供了基础。     

南冲绳海槽7000aB.P.以来基于长链不饱和烯酮指标的古海洋生产力变化及其与气候的关系

古生产力的精确重建对于了解地质历史时期的碳循环具有非常重要的作用,高分辨率有机地球化学记录在重建古海洋生产力上有独到的优势。基于17个AMS14C年代分析数据,本文分析了冲绳海槽南端MD05-2908孔(24°48.04′N,122°29.35′E)沉积柱状样中的长链不饱和烯酮含量以及物质通量,并结合沉积物有机碳同位素数据恢复评价了南冲绳海槽古海洋生产力的变化。结果显示近7000aB.P.以来南冲绳海槽古生产力存在着显著波动。将海洋古生产力指标与全新世ITCZ南北移动记录的对比分析,发现其变化与ITCZ的南北移动有密切的关系,一方面ITCZ南北移动影响陆源物质的输入,从而改变海洋营养物质的供应状况,造成生产力的高低变化;另一方面,ITCZ南北移动所造成的陆源物质输入冲淡了海洋生产力输入对沉积有机质的贡献,因此在高陆源物质影响区单用生物标志化合物相对有机碳的丰度评价古海洋生产力存在着一定的不可靠性。此外,通过与高纬度气候记录的对比发现,南冲绳海槽海洋生产力的低值变化与北半球高纬度地区的气候冷事件基本一致,显示出高低纬度气候环境变化之间的强相关性。