内蒙古达里湖沉积记录的中晚全新世干旱事件

最近20年位于东亚夏季风北部边缘的我国北方半干旱区遭遇更为频繁、更为严重的干旱事件。然而,有关该区域过去不同时间尺度气候干旱事件的特征及机制仍知之甚少。文章详细分析了内蒙古中东部达里湖DL04岩芯上部6.5 m沉积物中< 38 μm碳酸盐的Ca和Mg含量、δ^18O和δ^13C值以及全样有机质TOC和TN含量、TOC/TN(C/N)比值,基于高精度的AMS^14C年代标尺,恢复了最近6000年(日历年)湖区的水文、气候变化详细过程。结果表明:达里湖< 38 μm碳酸盐主要为湖泊水体沉淀的内生方解石,其Ca和Mg含量、δ^18O和δ^13C值增大反映湖水蒸发量超过补给水量,进而指示湖区干旱事件。TOC和TN含量减少以及C/N比值减小总体反映地表径流减弱引起的陆生有机质入湖减少以及湖泊初始生产率下降。达里湖沉积内生碳酸盐和有机质地球化学数据表明,在6000~5300 cal.a B.P.、3200~2800 cal.a B.P.、1650~1150 cal.a B.P.和650~300 cal.a B.P.,流域地表径流显著减弱、湖面显著降低、湖泊生产率显著下降、湖区气候显著变干、东亚夏季风显著减弱。最近6000年东亚夏季风显著减弱事件在定年误差范围内与北大西洋冰漂碎屑事件一致,而与热带西太平洋海表温度变化和太阳活动变化相关性较差,表明千、百年尺度东亚夏季风突变主要受控于北半球高纬气候变冷。     

内蒙古达里湖全新世有机碳氮同位素记录与环境演变

内蒙古中东部的达里湖为一水文封闭型湖泊,位于现今东亚夏季风的北部边缘区,对区域环境变化十分敏感.本文对达里湖沉积中心提取的岩芯(DL04沉积岩芯)顶部8.5m沉积物进行了有机地球化学分析.15个全岩样品有机质的放射性碳测年结果表明:岩芯顶部8.5m涵盖了过去大约11500年.按约50年分辨率分析的225个总有机碳(TOC)、总氮(TN)含量、总有机碳/总氮(C/N)原子比值数据以及221个有机碳和有机氮稳定同位素(δ13C和δ13C)数据,详细揭示了全新世东亚夏季风边缘区的水文和生态变化历史.在距今11500 ～ 9800日历年(ca1.aB.P.)期间,所有地球化学指标均呈逐渐增大趋势,指示入湖河流逐渐增强,达里湖开始扩张,水生植物生产率逐渐升高;在9800 ～ 7700cal.aB.P.期间,TOC和TN含量以及C/N比值维持稳定高值,δ13C和δ15N值较小,指示湖泊维持高湖面状态,陆源输入和浮游植物生产率较高;在7700～ 5900cal.aB.P.期间,C/N比值和δ15N维持低值,TOC和TN含量呈现更高值,并且波动变化,δ13C值逐渐增大,表明湖面维持高水平,湖水显著变暖,浮游植物生产率显著升高,流域植被大幅度扩张;在5900 ～ 4850cal.aB.P.期间,TOC和TN含量,C/N比值以及δ13C值显著减小,δ15N值显著增大,暗示地表径流显著减弱,达里湖湖面显著下降,湖泊生产率快速下降;从4850cal.a B.P.开始,TOC和TN含量以及C/N比值呈逐渐减小趋势,δ13C和δ15N值呈逐渐增大趋势,表明湖面逐渐下降,湖水盐度、碱度升高,湖水可能变冷,湖泊生产率逐渐下降,流域植被收缩.全新世东亚夏季风边缘区水文和生态环境的变化可能直接或间接受北半球夏季太阳辐射量和区域季风降水强度的共同控制.     

湖泊自生碳酸盐团簇同位素分析与区域古温度定量重建——以内蒙古达里湖为例

碳酸盐团簇同位素(△₄₇)是一种新型、可靠的地质温度计.湖泊沉积物中自生碳酸盐是利用团簇同位素手段重建湖泊水温的理想材料.然而,由于此类样品含有的有机质、硫化物等杂质会干扰团簇同位素的测定,从而引起明显的温度测试偏差,目前,碳酸盐团簇同位素手段在湖相碳酸盐上的应用仍然较少.因此,探究有效去除污染物的方法是将碳酸盐团簇同位素测温法广泛应用于湖泊沉积物的前提之一.通过控制不同浓度过氧化氢(H2O2)溶液与达里湖细颗粒自生碳酸盐进行不同时长的反应,进行了一系列条件实验,以寻求用于团簇同位素分析的最佳预处理条件.采用团簇同位素测试中获得的三个参数(△₄₇、△₄₈偏移量和49参数)来评估不同前处理条件下污染物的去除效果.结果显示,对未经处理的样品("0%-0"),其49参数呈现显著高值.经过氧化氢溶液处理后,49参数显著降低,而△₄₈偏移量出现增加.对于不同条件下处理的样品,虽然测得的△₄₇温度值变化范围较窄((17.0±1.3)℃~(22.8±1.6)℃),而△₄₇、△₄₈偏移量和49参数却呈现了显著的变化.在所有样品中,样品"3%-8"具有较小的△₄₈偏移量、49参数,且△₄₇温度较低,为(17.0±1.3)℃.因此,对于湖相细颗粒自生碳酸盐团簇同位素分析而言,"与浓度为3%的过氧化氢溶液反应8h"是去除污染物的最佳条件.当预处理条件过强(即过氧化氢(H₂O₂)溶液浓度>3%和/或反应时间>8h),封闭反应系统中可能会形成再生污染物,其最终转化态可能会干扰质量数为47、48的同位素信号.通过最佳条件预处理达里湖末次冰消期的6个自生碳酸盐样品,获得了合理的△₄₇温度值,发现我国北方在Younger Dryas (YD)冷期出现了约6℃的降温.研究表明,碳酸盐团簇同位素测温法在湖泊沉积物上具有巨大应用潜力,对古温度、古高度的定量重建工作具有重要意义.     

东亚中高纬Heinrich 1事件的表现特征:呼伦湖孢粉记录

Heinrich 1事件是发生于末次冰消期的极端气候突变事件之一,对全球大气环流和陆地生态格局产生了深刻影响.基于对东亚夏季风边缘区最北端呼伦湖 HL08 孔5. 75 m 以上沉积岩芯的 AMS 14C定年技术和 415~275 cm段140个样品的孢粉分析,重建了东亚中高纬地区呼伦湖21500~13000 cal. a B. P.高分辨率植被变化历史,在此基础上揭示了Heinrich 1事件期间呼伦湖区植被响应过程,明确了Heinrich 1事件在东亚中高纬地区的表现特征.结果显示:呼伦湖区Heinrich 1事件发生于16500~15400 cal. a B. P.,以剧烈降温和显著干旱化为表现特征;事件发生期间湖区周围山地发育亚高山草甸,森林植被稀疏;湖盆区域以藜科为主的荒漠草原显著扩张,区域植被盖度降低、生态环境明显恶化;同时,不同植被类型对Heinrich 1事件的响应存在明显差别,亚高山草甸和蒿属为主的典型草原较藜科为主的荒漠草原和桦属为主的落叶阔叶林响应更为快速、敏感.