川东北狮子洞石笋54～46ka高分辨率δ~(13)C变化与影响因素

对采自川东北狮子洞的编号SI3石笋(发育时间在54~46 ka)进行了高分辨率碳同位素(δ~(13)C)测试。石笋SI3的δ~(13)C与δ~(18)O变化趋势基本一致,表明夏季风气候控制的地表植被和其他因素如水-岩相互作用、滴水时间间隔和洞穴通风作用等是影响SI3的δ~(13)C变化的主要因素。在寒冷事件H5发生时SI3的δ~(13)C与δ~(18)O的变化存在显著差异。推测δ~(13)C更早变轻与先期碳酸盐沉积作用减弱有关,可能指示洞穴通风作用和洞外冬季风在H5发生早期就开始减弱,即冬、夏季风在这一时期可能发生了脱耦现象。     

神农架三宝洞倒数第二次冰期高分辨率石笋δ13C记录

基于神农架三宝洞两支石笋24个230Th年龄以及637个δ13C测试数据,建立了倒数第二次冰期191±1.8～133±0.6kaB.P.时段洞穴石笋高分辨率δ13C的时间序列.在冰期/间冰期尺度上,δ13C值振幅达4.5％,整体变化趋势与全球冰量曲线类似.在倒数第二次冰期,石笋δ13C记录揭示出一系列较大振荡幅度的千年...     

东亚季风区石笋δ13C是否记录植被变化:从川东北石笋记录的Heinrich事件说起

以往的研究中一般认为石笋δ13C变化的影响因素复杂,但在大多数报道中地表植被仍被认为是影响石笋δ13C变化的主要因素之一.本文综合国内外已发表的模拟试验研究结果及川东北地区已发表和未发表的石笋δ18O-δ13C数据,特别是Heinrich事件中石笋δ18O-δ13C的表现,指出地表植被不一定是影响石笋δ13C变化的主要因素,洞穴水文(如地下水流速、滴水速率、水文化学,等等)的变化可以解释通常观察到的石笋δ13C变化.植被变化的效应可以叠加在洞穴水文变化的效应上.洞穴系统的水文变化复杂性可能是造成石笋δ13C变化呈现较复杂特征的主要原因.     

辽宁暖和洞石笋δ13C记录的古气候环境意义初探

基于辽宁暖和洞石笋NH33铀系测年结果,利用900条年纹层及302个碳、氧同位素和灰度数据,建立全新世大暖期内近1000年的石笋δ13C与灰度序列(8638±60 - 7748±53 aBP)。碳同位素与灰度序列细节特征变化趋势上的一致性,证实了δ13C所指示的古气候意义。在百年尺度上,石笋δ13C主要响应于温度变化,由地表生物量的变化驱动。石笋δ13C序列可进一步划分为3个气候段:(1)8655 – 8366 aBP,气候偏热;(2)8366 – 8048 aBP,气候转冷;(3)8048 – 7756 aBP,气候相对温暖。这与同时段孢粉记录具有很好的一致性。其中,8366-8048aBP的冷期与北大西洋地区“8.2 kaBP冷事件”相吻合。石笋δ13C记录中也包含一定的非气候因素,主要由渗水速率变化引起围岩CaCO3溶解量的变化造成。将石笋δ13C和灰度数据进行回归分析,可有效地剔除这一水动力因素的影响。      

重庆新崖洞XY6石笋4.5ka以来高分辨率δ18O、δ13C记录的气候变化

对采自重庆市东北部奉节县新崖洞XY6石笋进行ICP-M S-U系测年表明,该石笋生长时期为4. 5～ 0. 25 ka。石笋在4. 5～ 4. 1ka、3. 2～ 2. 5ka、1. 85～1. 5ka 期间相对偏负的δ18O和δ13 C值记录了3个相对湿润的时期;其中以4. 5～4. 1ka 时期δ18O最偏负,之后突然偏重,表示了中全新世气候适宜期的快速结束;之后东亚夏季风在波动中逐步减弱。该石笋没有明显记录到发生在1. 1～ 0. 9ka 的“中世纪暖期”事件。在4. 1～ 3. 2ka、2. 5～ 1. 85ka、0. 5～ 0. 25ka 期间相对偏正的δ18O和δ13 C值代表3个相对冷干的时期, 0. 5～ 0. 25ka是欧洲小冰期事件在本地区的表现。该地区气候在1. 5～ 0. 5ka 相对平稳,从前半段的相对暖湿过渡到后半段的相对冷干。XY6石笋δ13 C与δ18O具有非常一致的变化趋势,可能暗示了该地区为“暖湿、冷干”的水热配套模式,也表明本地区植被对气候变化的响应是快速的,并没有明显的滞后期。δ13 C与δ18O变化峰值的差异表明,在东亚季风区植被变化不仅取决于夏季降水的多寡,可能更主要的是受制于有效湿度的变化。      

中国黄土高原西缘甘肃万象洞MIS 5石笋δ18 O记录与南方地区石笋记录的对比研究

位于青藏高原与黄土高原过渡带的甘肃武都万象洞石笋WXSM51和WXSM52提供了MIS 5(118~79kaB.P.)高分辨率的δ18 O记录。研究表明, 万象洞石笋δ18 O值与夏季风强度呈负相关关系, 与我国西南部的贵州董歌洞石笋δ18 O记录有良好的对应关系, 并与高纬度的格陵兰NGRIP冰芯δ18 O记录和65°N太阳辐射强度有很好的一致性, 说明万象洞石笋δ18 O记录了118~79kaB.P.期间亚洲季风强度的变化, 同时也说明东亚季风强度的变化和全球气候变化同步, 而且主要受控于北半球太阳辐射强度的变化。同时它与地中海碳酸盐记录有很好的相似性, 和巴西石笋δ18 O记录在千年尺度上表现出相反的变化趋势, 说明东亚季风区、地中海地区以及巴西季风区之间存在密切的联系, 指示了南北半球气候在千年尺度上存在"跷跷板"(seesaw)现象。万象洞石笋δ18 O记录的MIS 5b与MIS 5a突发性转换, 与NGRIP冰芯δ18 O记录相似, 而与神农架记录存在差异, 说明万象洞地区对亚洲季风强度的响应更为敏感。     

洞穴石笋δ~(13)C在古气候重建研究中的现状与进展

由于受气候、复杂岩溶过程等影响,石笋碳同位素(δ~(13)C)研究相对于其他代用指标甚少,甚至被忽略。从影响石笋δ~(13)C的气候与非气候因子入手,结合全球数十个洞穴记录及现代观测试验,分析碳同位素信号在岩溶系统内部的传递方式和路径,探讨不同时间尺度下δ~(13)C与气候变化之间的关系。指出石笋δ~(13)C虽然在百年—年代际尺度上表现出的噪音强度明显上升,但从轨道至千年尺度上看,温度、湿度(降水)等气候要素在不同区域所充当的主控因子角色直接或间接地影响上覆土壤植被状况、土壤CO2产率等当地生态环境变化。未来研究应深入挖掘δ~(13)C信号在岩溶系统中的传输共性及其气候、环境控制因子,注重石笋δ~(13)C季节变化特征研究,充分发挥其在揭示当地环境或灾害性事件方面的独特优势,并运用多指标、多种方法手段理解岩溶过程、全球碳循环与气候变化之间的联系。     

末次冰期贵州七星洞石笋高分辨率气候记录与Heinrich事件

通过对贵州都匀七星洞Q4、Q6 石笋进行高精度的TIMS-U系测年和氧同位素分析,建立了末次冰期60.5 ka B P以来都匀凯酉地区高分辨率的古气候变化时间序列.通过与格陵兰GISP2冰心的δ18O曲线对比分析,初步揭示并探讨了末次冰期以来反映的短时间尺度气候快速变化的D-O旋回事件1~18和Heinrich事件H1~H5在黔南七星洞中的石笋记录,并对冷事件发生的年代给出了界定.研究表明,黔南60.5 ka B P以来石笋记录冷暖事件所反映出的古季风环流变化,明显受北大西洋气候振荡的影响,显示与北极地区存在着古气候的遥相关.石笋δ18O记录表明,在60.5~11.29 ka B P间的末次冰期,δ18O值由负偏逐渐向正偏方向变化,反映东亚夏季风由强变弱,降雨由多变少,气温由高变低的变化趋势.     

高分辨率洞穴石笋中稳定同位素应用——北京元大都建立后对森林资源的破坏—δ~(13)C记录

对采自北京西山石花洞内的石笋进行了δ~(18)O,δ~(13)C和Mg/Sr分析,获得分辨率为25a的北京地区3000a以来的古气候和古环境信息。以δ~(18)O和D_(Mg/Ca)作为气候变化信息,证实石笋δ~(13)C反映了古气候变化对植被的影响。当石笋δ~(13)C值增大时,表示C_3/C_4植物比值降低,气候变干热;当石笋δ~(13)C值减小时,表示C_3/C_4植物比值升高,气候变湿冷。同时,笔者也发现了北京元大都建立以来对森林资源的破坏。在650B P至360B P,从元大都建立到明代晚期北京外城的增筑,北京西山林木被砍伐用于建筑和烧制木炭,使得这一地区的植被遭受重大改变。C_3/C_4植物的比值大幅度降低,石笋的δ~(13)C值增大3‰。尽管在此之后的气候条件有利于C_3植物的发育,但这一地区的植被没有恢复到受人类破坏前的水平。通过与历史资料对比,证明石笋中的δ~(13)C记录的确能反映C_3/C_4植物比值的分配变化,从而可以间接地反演古气候和人类活动的影响。     

MIS3阶段千年尺度突变事件在中国石笋δ13C记录中的印迹

基于山西阳泉市莲花洞石笋8个230Th年代和109个δ13C数据,获取了末次冰期54.5~41.1 ka BP期间平均分辨率为120年的δ13C记录。综合对比亚洲季风区29°~41°N之间5条独立定年的、高分辨率石笋δ13C记录表明:不同洞穴石笋δ13C记录在相同生长时段具有较好的重现性,δ13C指标能够有效指示洞穴上覆地区土壤CO₂产率,从而反映洞穴外部环境与季风气候的变化。δ13C记录的5个千年尺度亚洲夏季风增强事件在定年误差范围内响应于格陵兰冰芯记录的Dansgaard-Oeschger（DO）10~14事件,而2个弱季风过程与北大西洋钻孔记录Heinrich 5和Heinrich 5a事件密切联系。这种石笋δ13C记录的空间一致性表明亚洲夏季风及其控制下的区域生态环境波动在千年尺度上通过海－气耦合响应于北高纬气候变化。      

石漆中δ~(13)C的应用

1977年加州技术学院Potter,R.M.等人作过野外“假漆”(varnish)的显微研究,并提到过用于相对年代测定的可能性.1983年得克萨斯Tech大学Dorn,R.I.称为阳离子比率法,并不断致力该课题的研究.最近,他同他的同事对加州死谷冲积扇作了一次石漆(rock var-nish)有机物δ~(13)C含量与绝对年龄的对比试验,肯定了石漆(即假漆)δ~(13)C作为古环境信号之可靠性.     

西藏昌都崩勒溶洞石笋7 ka BP以来高分辨δ18O、δ13C记录的气候变化

通过对青藏高原崩勒溶洞石笋进行高精度的230 Th测年和C、O同位素分析,建立了中全新世7ka BP以来西藏昌都地区高分辨率的古气候变化记录。石笋C、O同位素记录揭示出,西藏昌都地区中全新世(约7ka BP)以来的气候演化大致可分为3个气候阶段:7000~4500aBP为暖期阶段,气候总体处于高温暖湿,伴随缓慢降温;4500~2300aBP为降温期阶段,出现持续降温,气候变得干旱;2300aBP至今为升温期阶段,气温及降水均出现波动上升。石笋C、O同位素记录的研究结果表明,中全新世以来研究区存在高温暖湿、快速降温干旱以及后期气候强烈震荡升温的气候过程。通过与董歌洞石笋同位素记录对比表明,崩勒溶洞石笋δ18 O同位素曲线变化的斜率、震荡幅度都要明显高于董歌洞石笋记录,揭示出青藏高原东部季风区的气候波动与全球性冷暖变化具有一致性,但高原石笋同位素记录对气候变化更加敏感。昌都石笋同位素反映的气候变化趋势与低纬地区夏季太阳辐射强度变化正相关,表明太阳辐射强度变化是高原季风影响区气候变化的重要驱动因素。     

精确测定碳酸盐中~(13)C和~(18)O的δ值数据处理的探讨

同位素比值最精确的测量方法是质谱分析方法。它能在极其微小的变化范围内测定同位素的含量和差异。当然,只有在客观地计算测量误差及恰当的数据处理时,才能给予同位素分析数据的正确解释。 用质谱计测定碳酸盐中碳、氧同位素的δ值,其测量值(δ测)不等于真值(δ真),常常差一个系数K,即δ真=K·δ测。决定K值的因素有:仪器的系统误差、工作状态及外界条件等因素。实验数据的精密度和准确度,还决定于制样方法本身的分馏效应及其数据的处理。     

中国黄土高原西缘甘肃万象洞MIS 5石笋δ18 O记录与南方地区石笋记录的对比研究*

位于青藏高原与黄土高原过渡带的甘肃武都万象洞石笋WXSM51和WXSM52提供了MIS 5(118~79kaB.P.)高分辨率的δ¹⁸ O记录。研究表明, 万象洞石笋δ¹⁸ O值与夏季风强度呈负相关关系, 与我国西南部的贵州董歌洞石笋δ¹⁸ O记录有良好的对应关系, 并与高纬度的格陵兰NGRIP冰芯δ¹⁸ O记录和65°N太阳辐射强度有很好的一致性, 说明万象洞石笋δ¹⁸ O记录了118~79kaB.P.期间亚洲季风强度的变化, 同时也说明东亚季风强度的变化和全球气候变化同步, 而且主要受控于北半球太阳辐射强度的变化。同时它与地中海碳酸盐记录有很好的相似性, 和巴西石笋δ¹⁸ O记录在千年尺度上表现出相反的变化趋势, 说明东亚季风区、地中海地区以及巴西季风区之间存在密切的联系, 指示了南北半球气候在千年尺度上存在"跷跷板"(seesaw)现象。万象洞石笋δ¹⁸ O记录的MIS 5b与MIS 5a突发性转换, 与NGRIP冰芯δ¹⁸ O记录相似, 而与神农架记录存在差异, 说明万象洞地区对亚洲季风强度的响应更为敏感。     

乌鲁木齐河源1号冰川冰芯δ~(18)O记录气候意义的再探讨

根据乌鲁木齐河源１ 号冰川冰芯δ１８ Ｏ 记录与大西沟气象站实测的气温资料, 进一步系统地探讨了所研究区域冰芯δ１８ Ｏ 记录的气候意义。结果表明,冰芯δ１８ Ｏ 记录与夏半年（５月～１０ 月）平均气温之间存在一定程度的正相关关系,而与冬半年（１１ 月～次年４ 月） 平均气温不存在稳定的相关性。该结果拓展了中、低纬主地区山地冰川冰芯δ１８ Ｏ 记录作为温度指标的适用性。     

新疆昭苏云杉树轮纤维素δ~(13)C的气候意义

依据树轮纤维素δ13C测定数据 ,分析了其气候意义 .结果表明 ,树轮Δ 13C与气候诸要素之间有明显的相关性 ,包括降水、相对湿度、温度、日照时间 (或太阳辐射 )等 ,部分原因可归咎于云杉是一种浅根系植物、其生长对气候的变化较为敏感 ,因为它生长过程中所必需的各种养分和水分均是根系吸收的 .分析表明 ,温度与树轮Δ13C的相关性是它们与相对湿度或降水之间交互相关的结果 ,日照时间与树轮Δ13C呈正相关与光呼吸有关 .利用树轮Δ13C与降水之间的函数关系 ,恢复了近 30 0a来新疆昭苏地区的降水变化 ,恢复的系列与历史文献记录和树轮指数所揭示的降水历史有较好的对应性 .     

显生宙海相碳酸盐高δ~(13)C时期的古海洋学

海相碳酸盐的碳同位素组成记录了地球发展与演化过程中的若干重大事件,作为古生代—中新生代转折时期的石炭纪—三叠纪初具有非常高的δ~(13)C值,以此作为主线,综合研究了相应时间段的氧、锶同位素组成与变化、碳酸盐沉积盆地面积与变化,以此探讨海相碳酸盐碳同位素组成与海平面变化、有机碳库和碳酸盐碳库碳存量的变化、大气和海洋系统中CO_2含量的变化,以及地球生态系统的长周期变化之间的联系。研究表明:1显生宙的碳同位素演化趋势中,δ~(13)C值大于3‰的时间基本上都集中在石炭纪—三叠纪初,但三叠纪初表现为δ~(13)C值的高频率大幅度波动,石炭纪—二叠纪则表现为长时间持续稳定的高δ~(13)C值,显示该时间段有机碳库存量的大幅度增加,相应时间段较高的δ18O值显示有机碳高速埋藏时间间隔中地球系统经历了长时间的变冷和冰室气候条件,说明有机碳高速埋藏、气候变冷、大气p CO_2的降低和p O2升高之间存在有机的联系;2δ~(13)C高值时间间隔中大气CO_2被绿色植物过度消耗,海水被迫不断向大气输送CO_2以达到平衡,但全球气候变冷导致海水数量减少和水柱压力降低又使得海水对CO_2的溶解能力降低以及海相碳酸盐碳库碳存量的减少,从泥盆纪、石炭纪到二叠纪,碳酸盐沉积速度显著降低,全球碳酸盐沉积盆地面积显著减小,到中、晚二叠世,一些碳酸盐沉积被硅质沉积取代,甚至包括一些浅水台地,这可能会导致一些钙质无脊椎动物数量的减少,这也说明二叠纪广泛的硅质沉积是一种全球事件;3显生宙碳酸盐锶同位素演化趋势表明,晚二叠世海水87Sr/86Sr急剧降低,并在二叠纪—三叠纪界线附近达到极小值,显示晚古生代结束时幔源锶的迅速加入,并伴随深部CO_2对大气和海洋系统的补充,但与该过程有关的广泛的火山活动和地球表面温度的升高进一步加速了二叠纪末的生物群体绝灭;4全球气候变冷及相应的大陆冰盖体积的增加,北非与劳伦大陆的拼合是石炭纪—二叠纪全球海平面降低的主要原因,但该时间间隔有机碳库存量大幅度增加所消耗的水可能也是海平面降低的重要原因之一,降低幅度可能达到数十米的范围;5二叠纪末全球生物群体绝灭是地球系统调整的一种必然,晚古生代有机碳长时间高速埋藏,全球海水数量减少,海水对CO_2溶解量降低,钙质无脊椎动物难以生存,最终在古生代结束前通过广泛的岩浆事件从深部向海洋和大气中补充CO_2以调整地球系统碳库存量的不平衡,但短时间的热事件和地球表面温度的升高加剧了生物的群体绝灭与更替。     

祁连山青海云杉叶片δ~(13)C特征及其与生理指标关系

以祁连山青海云杉叶片为研究对象,通过测定叶片稳定碳同位素比率(δ13C)、叶片含水量(LWC)、脯氨酸含量、灰分含量、碳含量、氮含量、碳氮比、土壤含水量(SWC)等指标,探讨不同水分梯度下叶片δ13C的控制因子.结果表明,祁连山青海云杉叶片δ13C值在-28.9‰～-25.4‰之间变化,平均值为-27.3‰.沿河西走廊从东到西的干旱梯度(降水量逐渐减少),叶片δ13C表现出偏正的趋势.叶片δ13C与LWC和脯氨酸含量呈显著正相关关系,与灰分含量、SWC显著负相关.叶片δ13C值在青海云杉种内分布稳定,主要是由自身的遗传特性所决定,同时与生长环境条件也有一定的关系,其中土壤可利用水分是最主要的限制因子.叶片灰分含量是δ13C值的可选择性替代指标.     

中国南部睦化剖面泥盆纪/石炭纪界线处δ~(13)C异常的意义

中国南部贵州省的睦化剖面是国际泥盆纪/石炭纪三个界线层型候选剖面之一。虽然地层和古生物的资料已有发表,但稳定同位素的研究尚未做过。睦化剖面详细的δ~(13)C和δ~(18)O的分析结果揭示,在Siphonodella crenulata牙形石带底部存在一个有意义的短暂δ~(13)C负异常,其值为—8～9‰。这是首次在泥盆纪与石炭纪界线处发现的δ~(13)C负异常,这类似于二叠纪/三叠纪界线、白垩纪/第三纪界线 前寒武纪/寒武纪界线报导的δ~(13)C异常。因