贵州红枫湖硫酸盐来源及循环过程的硫同位素地球化学研究

红枫湖是云贵高原上一个中等富营养化的季节性厌氧湖泊。对红枫湖流域湖水及其入湖河流河水一年内四个季节的水体硫酸盐硫同位素组成进行了系统研究,结果表明,红枫湖湖水硫酸盐的δ^34S值介于-8．7‰-4．9‰之间,平均-6．8‰,入湖河流的δ^34S值变化范围为-14．7‰-＋0．8‰。湖水的硫同位素组成主要受煤以及大气降水的控制,硫化物和蒸发岩的贡献较小。全年内湖水的δ^34S值季节性变化明显,表现为夏季〉秋季〉冬季、春季的特征,反映了大气降水对湖水硫酸盐贡献的季节性差异。此外,湖水垂直剖面上呈现出明显的季节性差异,冬季、春季湖水的剖面上下δ^34S值几乎没有变化,而夏季、秋季湖水表层和底层相对较高,呈规律性变化,这与湖水冬季混合、夏季分层的特点有关;夏季湖水分层期间雨水在湖泊表层的滞留,以及湖泊底层的硫酸盐细菌还原等相关生物地球化学过程是水体垂直剖面上δ^34S值规律性变化的主要原因。     

桂林地区大气降水（大雨、暴雨）的δ18O特征与水汽来源的关系

现代大气降水中的稳定同位素组成是全球或地区性水循环研究的重要载体,同时也是冰芯、湖泊沉积物、石笋等研究领域中,运用稳定同位素来重建古气候的重要依据。本文研究了桂林地区2012年大气降水氢氧同位素组成的逐日变化,根据得到的132组氢氧稳定同位素组成建立了桂林局地大气降水线方程为δD = 8.8δ18O +17.96,大气降水的δ18O波动范围在-13.56‰～+1.07‰,平均为-5.78‰;δD在-101.52‰～+16.02‰,δD平均为-41.03‰。利用降水稳定同位素资料,结合后向轨迹法( Backwards Trajectory) 对桂林水汽来源进行追踪,发现夏季(5-10月)大气降水的水汽来源主要受来自孟加拉湾、南海海洋气团的水汽源的控制,降水的δ18O值偏负,平均为-8.02‰(共64组);冬季(11月至次年4月)大气降水的水汽来源主要受来自西太平洋暖湿气团、冬季风冷气团或西风环流所携带的大陆性气团的影响,不同程度地叠加了局地环流气团、蒸发水汽的补给的影响,降水的δ18O值偏正,平均为-2.86‰(共68组)。研究结果表明,桂林大气降水的稳定同位素组成与降水的水汽来源、季风类型、降水云团来源和性质有关,来自远距离输送夏季风海洋性水汽团形成的降水δ18O值较低(或偏负), 而大陆性气团或局地蒸发水汽循环形成的降水δ18O值较高（或偏正）。不同的水汽来源是决定降水中δ18O值变化的主要因素,因此,通过降水中的δ18O值,特别是其季节变化的特征分析,可以反过来揭示当地降水的水汽来源。      

喀斯特高原湖泊生物地球化学过程中的锌同位素特征

采用多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)对喀斯特高原湖泊红枫湖、阿哈湖水体及其主要支流水体悬浮物和一些生物样品中的锌同位素进行了测定,测试精度小于0.11‰(2SD).结果显示,红枫湖水体与其主要支流水体悬浮物中的δ66Zn变化范围分别为-0.29‰～0.26‰和-0.04‰～0.48‰,阿哈湖水体与其主要支流水体悬浮物中的δ66Zn变化范围分别为-0.18‰～0.27‰和-0.179‰～0.46‰,均表现出支流中的锌同位素组成较重的特点.两湖生物样品中的δ66Zn变化范围较大,为-0.35‰～0.57‰,说明湖泊生态系统中各端员的锌同位素组成存在一定差异.根据同位素组成分析,湖泊主要入湖河流及所携带的陆源物质是阿哈湖泊水体中锌的主要来源,锌同位素是一种较好的物源示踪工具.红枫湖夏季δ66zn与Chla(叶绿素)呈显著的正相关(R=0.97),主要是藻类对锌的有机吸附和吸收过程导致锌同位素组成发生变化.此外,湖泊水体悬浮物中的锌同位素组成均在夏季较轻,表明大气的干湿沉降可能是一个较负的锌同位素源.水体悬浮物中的δ66Zn变化范围小于生物样品中的δ66Zn变化范围,说明由于生物作用过程导致的锌同位素分馏大于非生物过程.     

天山乌鲁木齐河流域山区降水δ18O和δD 特征及水汽来源分析

依据乌鲁木齐河流域山区3个站点实测次降水δ18O和δD数据以及气象观测资料,结合临近GNIP(Global Network of Isotopes in Precipitation)站点数据,对其降水δ18O和δD特征及水汽来源进行了分析。结果表明,大气降水中δ18O值波动范围大,但呈现明显的季节性变化:冬季降水δ18O较低,夏季降水δ18O较高。受流域山区气候和地理条件影响,从上游到下游各站点大气降水线截距和斜率均呈现逐渐减小趋势。大气降水中δ18O和δD与日均气温存在密切正相关关系,且温度与δ18O之间的相关性优于δD。降水中d-excess值也表现出季节性变化,冬季降水d-excess值高于夏季降水。利用HYSPLIT 4.0气团轨迹模型,得出夏季水汽主要来源西风环流输送,冬季受西风环流和极地气团共同影响。     

贵州阿哈湖物质循环过程中的铁同位素地球化学及其指示意义

使用AGMP-1氯化物型阴离子交换树脂(100--200目)对夏季贵州阿哈湖流域水体悬浮颗粒物等样品进行了化学分离,并在多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)上进行了铁同位素分析.分析结果表明,夏季阿哈湖湖水分层期间湖水悬浮颗粒物及各端员环境样品的铁同位素组成变化较大:湖水悬浮颗粒物的δ56Fe为负值,分布范围为-1.36‰～-0.10‰之间;各支流河水悬浮颗粒物的铁同位素组成在-0.88‰～-0.16‰之间;大气颗粒物的平均铁同位素组成为 0.06‰±0.02‰;而未经化学清洗的浮游藻类的铁同位素组成为 0.08‰.对比研究表明,湖水悬浮颗粒物的铁同位素组成不仅受各输入端员的影响,湖泊内部复杂的生物地球化学过程也对颗粒物的铁同位素组成产生了重要影响.陆源输入的颗粒有机结合态铁使得湖泊表层悬浮颗粒物的铁同位素组成偏低,而大气沉降颗粒物和湖泊表层的浮游藻类整体上对铁同位素组成的影响并不显著."ferrous wheel"铁循环对于氧化还原界面附近水层中铁同位素的重分配起到了主要的控制和影响作用.δ56Fe值与Fe/A1呈现良好的负相关关系,也显示出活性铁的循环迁移是造成氧化还原界面附近水层中悬浮颗粒物的铁同位素组成变化的重要原因,表明铁同位素与Fe/A1可能可以作为表征水体生物地球化学环境的良好指标.     

滇东黔西地下水氢氧同位素特征

通过大气降雨氢氧同位素进行分析,得出了滇东黔西的大气降水线为δ(D)=7.848δ(~(18)O)+11.00,地下水氢氧同位素组成落在滇东黔西大气降雨线附近,说明研究区地下水是由大气降雨补给。从贵州中部向西云南昆明,地下水中越来越贫重同位素,显示夏季滇东黔西地区大气自东向西运移的特点。研究区自东向西地下水中氧漂移越来越明显,说明自黔西到滇东水岩作用越来越强烈。研究区氘过量系数d为9.9,显示了滇东黔西地区不平衡蒸发强烈。滇东黔西地区地下水出露高程和δ~(18)O值的关系为δ~(18)O(‰)=-0.00259H-5.657,地下水出露高程与δD值得关系为δD(‰)=-0.0236H-31.08。即在滇东黔西地区海拔每上升100m,地下水中δ~(18)O值下降0.259‰,δD值下降2.36‰。     

滇东黔西地下水氢氧同位素特征

通过大气降雨氢氧同位素进行分析,得出了滇东黔西的大气降水线为δ(D)=7.848δ(~(18)O)+11.00,地下水氢氧同位素组成落在滇东黔西大气降雨线附近,说明研究区地下水是由大气降雨补给。从贵州中部向西云南昆明,地下水中越来越贫重同位素,显示夏季滇东黔西地区大气自东向西运移的特点。研究区自东向西地下水中氧漂移越来越明显,说明自黔西到滇东水岩作用越来越强烈。研究区氘过量系数d为9.9,显示了滇东黔西地区不平衡蒸发强烈。滇东黔西地区地下水出露高程和δ~(18)O值的关系为δ~(18)O(‰)=-0.00259H-5.657,地下水出露高程与δD值得关系为δD(‰)=-0.0236H-31.08。即在滇东黔西地区海拔每上升100m,地下水中δ~(18)O值下降0.259‰,δD值下降2.36‰。     

锡林河流域地表水和浅层地下水的稳定同位素研究

2006年4—9月,在从锡林河源头沿河流进行地表水和地下水同位素样品采集和分析的基础上,利用全球降水同位素监测网(GNIP)包头站的大气降水稳定同位素资料,结合锡林河流域的气象和水文资料,对锡林河流域大气降水、地表水和地下水稳定同位素进行了研究.结果表明:地下水中δ18O和δD值分别集中在-11.7‰～-14.9‰和-80‰～-89.5‰范围内,δ18O沿地下水流向有增加的趋势,大部分地下水中δ18O的季节波动性不大;河流干流δ18O和δD的年算术平均值从源区的-12.8‰和-94.5‰到入锡林河水库处的-10.0‰和-79.3‰,差值分别约为3‰和15‰.河水中的δ18O值沿流程增加而增大的现象可归结为受含有较高δ18O值的地下水补给作用和河水的蒸发作用的共同影响,其中对δ18O蒸发富集的研究显示,蒸发引起δ18O富集值为1‰.通过地下水线(GWL)和地表水线(SWL)及区域大气降水线(LMWL)的对比分析发现,在径流季节,降水对地表水的贡献小,地下水是地表水主要的补给源,地表径流基本是地下水的排泄.     

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。     

成都地区大气降水稳定同位素组成反应的气候特征

分析了1986-1998年成都地区大气降水的稳定同位素组成。夏季降水的δD和δ^18O值比冬季降水轻,反映了季风气候的降水特点。成都地区的大气降水线方程是：δD=1．42＋7．530δ^18O,与全球和中国降水线方程相比,表明了成都地区的蒸发程度稍大于降雨,说明成都地区大气降水的不平衡蒸发程度弱,反映了海洋性气候特征。成都地区大气降水δ^18O与降雨量、温度和水汽压之间都是负相关关系。但是降雨量对大气降水δ^18O的影响最大。     

Oxygen and Hydrogen Isotopes of Waters in the Ordos Basin,China: Implications for Recharge of Groundwater in the North of Cretaceous Groundwater Basin

Hundreds of precipitation samples collected from meteorological stations in the Ordos Basin from January 1988 to December 2005 were used to set up a local meteoric water line and to calculate weighted average isotopic compositions of modern precipitation. Oxygen and hydrogen isotopes, with averages of ?7.8‰ and ?53.0‰ for δ18O and δD, respectively, are depleted in winter and rich in spring, and gradually decrease in summer and fall, illustrating that the seasonal effect is considerable. They also show that the isotopic difference between south portion and north portion of the Ordos Basin are not obvious, and the isotope in the middle portion is normally depleted. The isotope compositions of 32 samples collected from shallow groundwater (less than a depth of 150 m) in desert plateau range from ?10.6‰ to ?6.0‰ with an average of ?8.4‰ for δ18O and from ?85‰ to ?46‰ with an average of ?63‰ for δD. Most of them are identical with modern precipitation. The isotope compositions of 22 middle and deep groundwaters (greater than a depth of 275 m) fall in ranges from ?11.6‰ to ?8.8‰ with an average of ?10.2‰ for δ18O and from ?89‰ to ?63‰ with an average of ?76‰ for δD. The average values are significantly less than those of modern precipitation, illustrating that the middle and deep groundwaters were recharged at comparatively lower air temperatures. Primary analysis of 14C shows that the recharge of the middle and deep groundwaters started at late Pleistocene. The isotopes of 13 lake water samples collected from eight lakes define a local evaporation trend, with a relatively flat slope of 3.77, and show that the lake waters were mainly fed by modern precipitation and shallow groundwater.     

伊犁河谷大气降水同位素特征及环境意义

为研究伊犁谷地降水同位素特征及陆地内循环对其的影响,为流域水循环研究提供科学依据,于2016年在伊宁、尼勒克和新源气象站采集降水同位素样品。采用回归对照法,讨论降水氘氧稳定同位素的影响因素。研究表明,研究区大气降水线方程为δD=7.96δ^18O+10.37,与全球大气降水线较接近,水汽主要由西风带输送;氘氧同位素夏季富集冬季贫化而氘盈余无规律变化,由于降水过程不仅受温度效应,还受到水汽陆地再循环影响。冬夏季样品在D-^18O关系图中分布特征,证明冬夏影响降水同位素本地水循环因素不同,夏季以云下蒸发为主。根据对氘过量计算的夏季降水雨滴蒸发分数为4.1%~16.2%,再次证明夏季云下蒸发效应明显,而在冬季云下蒸发效应几乎不会发生。     

洞穴水系氢氧同位素监测对重建古气候样品选择的指示意义

在贵州省中西部地区采集了地表水、织金洞和石将军洞不同年份和季节的洞穴水样进行氢氧同位素分析。结果显示该地区地表水的δDV- SMOW 和δ18OV- SMOW平均值分别为- 56. 15± 2. 46‰和- 7. 96± 0. 33‰ ,而织金洞1月、4月、9月的水样δDV- SMOW和δ18OV- SMOW平均值分别是- 53. 25‰和- 7. 96‰ , - 59.25‰和- 8. 24‰ , - 56. 89‰和- 8. 21‰ ,无论是旱季还是雨季织金洞大部分洞穴滴水的δD和δ18O值都比较接近地表降水的同位素年平均值,这说明大气降水在不同季节进入洞穴时已经受到充分混合,它们代表的是年均大气降水同位素加权平均值;而另一些滴水点(如寿星宫) ,由于其地表汇水面积小,洞厅顶部的包气带很薄,降雨能很快渗入而使其滴水能敏感地反映出季节性降雨的同位素组成。由此认为,在重建古气候时对石笋的选用切忌盲目,选择前必须进行仔细的洞穴水系稳定同位素组成调查。      

Investigation on the hydrodynamics of Ganga Alluvial Plain using environmental isotopes: a case study of the Gomati River Basin, northern India

An investigation using environmental isotopes (δ¹⁸O and δD) was conducted to gain insight into the hydrological processes of the Ganga Alluvial Plain, northern India. River-water, shallow-groundwater and lake-water samples from the Gomati River Basin were analyzed. During the winter season, the δ¹⁸O and δD compositions of the Gomati River water ranged from ?1.67 to ?7.62 ‰ and ?25.08 to ?61.50 ‰, respectively. Deuterium excess values in the river water (+0.3 to ?13 ‰) and the lake water (?20 ‰) indicate the significance of evaporation processes. Monthly variation of δ¹⁸O and δD values of the Gomati River water and the shallow groundwater follows a similar trend, with isotope-depleted peaks for δ¹⁸O and δD synchronized during the monsoon season. The isotopically depleted peak values of the river water (δ¹⁸O?=??8.30 ‰ and δD?=??57.10 ‰) can be used as a proxy record for the isotopic signature of the monsoon precipitation in the Ganga Alluvial Plain.     

中国西南季风区不同水体稳定同位素特征分析——以重庆市北碚区为例

通过对重庆市北碚区大气降水和马鞍溪上游龙滩子水库水的氢氧同位素进行的一个水文年（2014年）的样品采集监测,研究了降水与水库的水的氢氧同位素之间的变化特征和规律。结果表明:(1)北碚区大气降水线方程为δD=8.82δ18O+18.97,r=0.99,n=101,P<0.01,δD、δ18O相关性极为显著,该区大气降水线斜率和截距大于全球大气降水线和中国大气降水线,表明研究区主要受西南季风和东南季风双重影响所致;(2)大气降水中δD、δ18O具有明显的季节变化,夏半年偏负,冬半年偏正;(3)大气降水中的δD、δ18O与降水量及温度呈现负相关关系,降水量效应显著,并且该效应远远掩盖了温度效应;(4)水库中水的δD、δ18O具有极好的相关性,其δD、δ18O样点落于全球大气降水线和区域大气降水线附近,并且水库中水d的变化趋势与降水d基本一致,表明前者主要补给来源是降水,而水库中水的δD、δ18O和d的变化幅度远远小于降水,表明前者不仅受降水补给,还受土壤水和地下水的补给。      

Isotope composition of a lithalsa in the Sentsa River valley (East Sayan Mountains)

The ice-rich core formation within the core of the lithalsa in the Sentsa River valley (West Buryatia) was studied. The concentrations of stable oxygen and hydrogen isotopes in the ice were determined, the plant residues in the enclosing deposits were aged. It was found that the lacustrine loams enclosing the ice body were accumulated about 4700–7000 years ago. The ice core of the lithalsa was characterized by δD values from 141.9 to–159.8‰, δ¹⁸O from–19.52 to–21‰, and d _exc within 4.1–17.29‰. Small variations in the isotope composition of the ice–soil material within the lithalsa core point to its formation in an open system with water inflow from outside. The values of δ¹⁸O and δD were much closer to those for recent middle-winter and late-autumn atmospheric precipitation, as well as for riverine water, which pointed to a Holocene age of the ice.     

重庆金佛山羊口洞滴水δD和δ18O变化特征及其环境意义

为探究重庆金佛山羊口洞滴水δD、δ18O化特征及其环境意义,于2011年10月—2013年8月,在重庆市南川区金佛山逐月采集大气降水样品及羊口洞6个滴水监测点的滴水样品进行氢氧稳定同位素测定。通过比较降水和滴水δD、δ18O的分布特征、季节变化及其与降水量和温度的相关性发现：（1）6个滴水点δD、δ18O较均匀地分布在当地降水线附近,表明从降水到形成滴水的过程受蒸发作用影响不大,滴水δD、δ18O现了当地大气降水δD、δ18O均水平。（2）受洞穴上覆岩土层的调蓄作用影响,羊口洞各滴水点δD和δ18O变化范围（—46.77~—62.09‰,—7.05~—9.96‰）远小于洞外大气降水（5.17~—115.63‰和—1.44~—16.10‰）,且较降水存在明显滞后性。但滴水δD、δ18O体上也表现出与降水相同的夏季偏轻、冬季偏重的趋势,主要受降水水汽源地季节性差异影响。而各个监测点滴水δD和δ18O节变化差异较大,可能受滴水点上覆岩层裂隙管道发育、覆盖层厚度、岩溶水滞留时间、形成滴水前的运移路径、滴水点的高度和滴率、滴水点距离洞穴出入口的距离等多种原因影响。（3）降水δ18O现出＂降水量效应＂和＂负温度效应＂,羊口洞滴水δ18O降水量总体上也呈负相关关系,而与温度（水温、洞温）的关系则呈现多样化：1#、2#、5#、6#监测点滴水δ18O温度不相关,3#点为正相关,4#点为负相关,这与各监测点滴水δ18O节变化差异较大有关。（4）总体而言,羊口洞滴水δD和δ18O季节变化不够明显,利用羊口洞石笋进行季节分辨率的古气候重建可能性较低,但滴水δD和δ18O承了当地大气降水信息,其石笋δ18O用于重建年际~十年际及更长时间尺度的古气候变化。     

Seasonal variability of oxygen and hydrogen isotopes in a wetland system of the Yunnan-Guizhou Plateau,southwest China: a quantitative assessment of groundwater inflow fluxes

The Caohai Wetland serves as an important ecosystem on the Yunnan–Guizhou Plateau and as a nationally important nature reserve for migratory birds in China. In this study, surface water, groundwater and wetland water were collected for the measurement of environmental isotopes to reveal the seasonal variability of oxygen and hydrogen isotopes (δ¹⁸O, δD), sources of water, and groundwater inflow fluxes. Results showed that surface water and groundwater are of meteoric origin. The isotopes in samples of wetland water were well mixed vertically in seasons of both high-flow (September) and low-flow (April); however, marked seasonal and spatial variations were observed. During the high-flow season, the isotopic composition in surface wetland water varied from ?97.13 to ?41.73‰ for δD and from ?13.17 to ?4.70‰ for δ¹⁸O. The composition of stable isotopes in the eastern region of this wetland was lower than in the western region. These may have been influenced by uneven evaporation caused by the distribution of aquatic vegetation. During the low-flow season, δD and δ¹⁸O in the more open water with dead aquatic vegetation ranged from ?37.11 to ?11.77‰, and from ?4.25 to ?0.08‰, respectively. This may result from high evaporation rates in this season with the lowest atmospheric humidity. Groundwater fluxes were calculated by mass transfer and isotope mass balance approaches, suggesting that the water sources of the Caohai Wetland were mainly from groundwater in the high-flow season, while the groundwater has a smaller contribution to wetland water during the low-flow season.     

断陷盆地高原面典型岩溶洼地旱季土壤水氢氧同位素时空差异特征

以云南省蒙自断陷盆地东山山区典型岩溶洼地为研究区,通过野外采集土壤样品与实验室测试分析相结合的方法,运用稳定同位素技术研究旱季不同深度土壤水氢氧同位素组成,揭示区内土壤水氢氧同位素时空变化特征,为进一步研究云南断陷盆地山区土壤水分运移机制和当地农业合理利用和管理水资源提供科学依据。结果表明:(1)土壤水δD、δ18O同位素值的变化范围分别为-128.3‰~-27.6‰和-17.5‰~2.5‰,平均值分别为-96.1‰±20.7‰和-12.3‰±3.7‰,降雨转化为土壤水和水分在土壤中重新分布时发生一定程度的氢氧同位素分馏。(2)旱季两个月份土壤水氢氧同位素组成发生变化,4月份土壤水δD、δ18O同位素平均值分别为-86.3‰±23.83‰和-10.6‰±4.3‰,显著高于2月份(δD:-106.1‰±9.5‰;δ18O:-14.1‰±1.6‰)(p<0.05),主要和4月份土壤水的蒸发作用强烈有关。(3)在空间上,坡地与洼地之间土壤水氢氧同位素组成存在差异,2月份坡地与洼地之间土壤水δD、δ18O值差异显著(p<0.05),洼地土壤水δD、δ18O比坡地偏轻;4月份坡地与洼地之间土壤水δD、δ18O值差异不显著(p>0.05)。(4)土壤垂直剖面方向上土壤水δD、δ18O值随着土壤深度的增加而减小,浅层土壤水δ18O和深层土壤水δ18O存在显著差异,2月份浅层土壤水δ18O比深层土壤水δ18O偏正2.8‰,4月份浅层土壤水δ18O比深层土壤水δ18O偏正10.5‰。