利用红柳沙包氢氧同位素重建罗布泊地区近160年间气候要素

新疆罗布泊地区存在的红柳沙包不仅是高分辨率的计年载体,同时蕴古丰富的环境演化信息.本文通过对罗布泊地区典型红柳沙包沉积纹层样品的氧氢同位素测定和分析,建立了红柳沙包沉积纹层的δD和δ18O序列,并依此重建了罗布泊地区过去163年间的平均气温、相对湿度、降水量等气候要素变化序列.重建结果表明,3月份平均气温为7.39℃,...     

近200年以来罗布泊地区红柳沙包孢粉组合特征及其反映的植被和气候变化

罗布泊属于极端干旱的荒漠区,红柳沙包为这一地区高分辨率环境变化研究提供了计年手段和信息载体.根据罗布泊地区红柳沙包剖面的孢粉资料,结合 1956～2004年实测气候资料,运用相关分析、DCCA分析和WAPLS分析方法,定量恢复了罗布泊地区近200年以来的年均温、7月均温和1月平均相对湿度.研究结果表明,近200年以来罗布泊地区的气候变化经历了3个阶段: 1839～1886年气候由冷干向暖干转变,1891～1941年气候经历了冷湿-冷干-暖干的交替,1946～2004年表现为暖干向暖湿转变的趋势.孢粉浓度对人类活动信息有一定反映,19世纪末期以来,随着人类活动的加剧,孢粉浓度不断降低.     

近400年来新疆策勒红柳沙包稳定氧同位素与气候变化

建立红柳沙包沉积纹层年代序列和提取气候环境信息是高分辨率古气候环境变化研究的重要手段。利用策勒达玛沟红柳沙包高度约450 cm沉积纹层红柳落叶的稳定氧同位素数据,结合策勒气象站1960~2011年观测数据,运用移动平均法对稳定氧同位素和气象数据进行平滑处理后,运用相关分析及逐步回归法,定量重建了策勒地区近400年来的4月平均气温和3月降水量序列。研究结果表明:红柳落叶δ^18O平均值为33.96‰,波动范围为27.18‰~44.07‰,波动幅度为16.89‰,δ^18O变化受多个气候要素的综合影响。δ^18O与4月平均气温呈显著负相关,与2月和12月平均气温呈显著正相关;δ^18O与10月、4月、5月、9月、7月以及全年的空气相对湿度呈显著正相关;δ^18O与3月、9月和8月的降水量呈显著正相关,与2月降水量呈显著负相关;δ^18O与2月日照时数呈显著正相关,与9月和10月的日照时数呈显著负相关。策勒地区近400年来气候变化可划分4个阶段:1635~1725年为暖干期,1726~1792年为冷湿期,1793~1897年为暖干期,1898~2009年为冷湿期。     

现代陆生植物碳同位素组成对气候变化的响应研究进展

植物组织的碳同位素组成(δ13C)能够记录气候变化的信息,因而被作为指示气候环境变化的一个重要代用指标,并广泛应用于全球变化研究。然而,气候环境变化引起的现代植物δ13C及其指示的气候环境意义的不确定性限制了植物δ13C在气候环境变化等领域研究中的应用。在概述植物碳同位素分馏和不同光合型植物碳同位素分布的基础上,综述了温度、降水、大气CO2浓度和海拔高度等气候环境因子对陆生植物δ13C的影响以及它们之间的关系,分析了植物δ13C对气候因子变化的响应机理。指出为更准确地认识气候历史,在利用植物碳同位素技术进行全球变化的研究过程中,需要突出C4植物δ13C对气候环境参数的响应研究,加强不同尺度植物δ13C的转换关系以及与相关学科的交叉渗透、探索与多种代用指标和科学方法的联合研究。     

植物体燃烧前后碳同位素组成的变化

将在黄土高原地区采集到的活体植物样品于实验室内进行燃烧实验,发现植物燃烧后残留物的δ13C值发生了明显改变.相对于源植物体,大部分C3植物灰烬的δ13C值变大,而大部分C4植物灰烬的δ13C值则变小.这一结果对于利用大气气溶胶和沉积物中燃烧产物的δ13C值来研究植被和气候环境变化无疑是重要的.     

用树轮δ13C重建1685年以来的大气CO2浓度变化趋势

对采自浙江西天目山地区的3株柳杉树盘,交叉定年后,测定了3株树轮δ13C的年序列,分析了3株树轮δ13C序列中所含的共同环境变化信息.用二项式拟合法去除气候因素引起的3个δ13C序列的高频变化,得到3个低频变化序列.分析了the Low Dome冰芯记录的大气CO2浓度与树轮δ13C序列低频变化趋势的关系,建立了相应的转移函数,重建了天目山地区1685年以来大气CO2浓度变化.结果表明:用3株树轮δ13C序列重建的结果有较好的一致性,并与南极冰芯的记录及前人研究结果有很好的吻合.这一结果表明用同一地区不同树木个体的树轮δ13C序列的低频变化序列可以重建出基本一致的大气CO2浓度变化历史.     

塬堡全新世黄土剖面有机质碳同位素的气候记录

对甘肃临夏塬堡全新世黄土剖面古土壤有机质碳同位素的分析表明,δ13C变化范围在-28.23‰～-25.19‰之间,平均值为-26.88‰.结合该剖面孢粉以及地层研究结果,观察到在温暖湿润气候期间,δ13C表现为高值,而在干燥寒冷期间,δ13C表现为低值,这较好地反映了该地区全新世气候演化的历史.结合其他研究,认为黄土高原地区全新世地表植被中草本植物C3和C4植物比例的变化是引起土壤有机质δ13C变化的直接原因,由于气候变化引起了地表植被类型的改变,古土壤中有机质δ13C发生了变化.对比塬堡剖面与西安、旬邑剖面土壤有机质的δ13C,观察到西安和旬邑两剖面的δ13C平均值要高于塬堡剖面约5‰左右,这是由于全新世期间两地气候的暖湿程度要高于临夏地区,地表植被中喜暖湿气候的C4植物比例较高,导致土壤有机质δ13C增大.因此δ13C是研究古气候变化的一个较好的手段.     

梁子湖沉积物有机质碳同位素特征及其古气候指示意义

分析了梁子湖8.35 kaB.P.以来沉积物中有机质δ(13C)的组成特征,并与代表印度洋季风的四川红原泥炭δ(13C)序列及代表东亚季风的长白山哈尼泥炭δ(13C)序列进行了对比,探讨了早全新世以来不同阶段的气候特点及古东亚季风与印度洋季风对该区的影响.研究表明,梁子湖在其形成演化过程中存在两种典型的湖泊沉积环境.5.98 kaB.P.以前δ(13C)值偏负,气候温暖湿润,有机质以湖泊内源水生生物为主,δ(13C)值与湖泊生产力有关.其早期东亚季风对该区的影响占较大优势.全新世大暖期中期(5.98～3.67 kaB.P.),气候持续暖湿,温度与降水达到顶峰,δ(13C)值也达到序列中的最小阶段,其δ(13C)值偏负与浮游生物生产力的增加有很大的关系.3.67～3.29 kaB.P.是气候突变期,δ(13C)值变幅达6‰.3.29 kaB.P.以后δ(13C)值逐渐偏正,气候逐渐变冷干,沉积环境发生较大变化,有机质以陆源C3植物碎屑为主,此时期东亚季风开始加强,印度洋季风持续减弱,但该区受印度洋季风影响更强烈.研究显示,东亚季风与印度洋季风强弱转换和时空迁移的影响对长江中游地区气候环境的演化具有重要作用.     

重庆芙蓉洞洞穴水DIC-δ13C的变化特征及影响因素

为了研究芙蓉洞滴水和池水中溶解无机碳碳同位素(DICδ13C)的变化特征、影响因素及其气候环境指示意义,于2013年5月-2014年5月对芙蓉洞进行了洞穴监测。结果显示芙蓉洞山体土壤CO2浓度和洞内空气CO2浓度均表现出明显的季节变化特征,夏半年浓度偏高,冬半年浓度偏低,受温度和降水量的共同影响。芙蓉洞5个滴水点的DICδ13C平均值为-8.98 ‰,两个池水点的DICδ13C平均值为-6.98 ‰,池水的DICδ13C比滴水的重2 ‰。对应2013年7月的干旱气候,洞穴水DICδ13C在10月相应出现明显偏重值,偏轻的DICδ13C值则是对湿润气候的滞后响应。洞穴水的DICδ13C变化对地表气候的响应具有明显的滞后期。洞穴水DICδ13C主要受土壤CO2的影响,基岩溶解作用、包气带的开放性等因素也会对洞穴水DICδ13C造成一定的影响。研究结果表明在短时间尺度上,洞穴水DICδ13C变化响应了当地降水量以及地表湿润状况的变化。      

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。      

临夏塬堡全新世黄土剖面古土壤有机质碳同位素的气候记录

对甘肃临夏塬堡全新世剖面古土壤有机质碳同位素分析表明, δ13 C变化范围在-28.23‰～25.19‰之间, 平均值为-26.88‰. 结合该剖面孢粉分析结果, 观察到在孢粉所反映的温暖湿润气候期间,δ13 C表现为高值, 而在干燥寒冷期间, δ13 C表现为低值. 说明由于气候变化引起了地表植被类型的改变, 导致了古土壤中有机质δ13 C发生了变化. δ13 C的变化特征分别对应于3个不同的气候演化阶段:早全新世、中全新世和晚全新世阶段, 其所反映的全新世气候特征与我国其它地区的分析结果基本一致. 分析表明, 古土壤中有机质δ13 C是气候变化的一个良好指标.     

江汉平原江陵剖面有机碳含量、碳同位素和磁化率的古气候意义

湖泊中的有机碳及其同位素与磁化率指标广泛应用于古气候的重建,但由于各地自然条件的差异,其气候意义具有一定的区域性.对江汉平原江陵剖面沉积物中磁化率参数、总有机碳(TOC)、总氮(TN)及其碳同位素δ(13C)值影响因素与环境气候关系的研究结果表明:沉积物总有机碳(TOC)的变化与总氮(TN)呈正相关关系,而总有机碳(TOC)与同位素δ(13C)、磁化率值则呈负相关关系,其组合可以很好地反映江汉平原地区的环境演变.在暖湿期,沉积物中总有机碳、总氮较高,有机质的δ(13C)值偏负,磁化率偏低;反之,在凉干期,沉积物中总有机碳、总氮较低,有机质的δ(13C)值偏正,磁化率偏高.江汉平原地区6 000 a PB以来的古气候演化经历了3个阶段:即冷干-暖湿-凉干的变化过程.     

近1 500年来新疆艾比湖同位素记录的气候环境演化特征

利用介形虫壳体δ18O ,δ13 C及其沉积物有机质δ13 C同位素组成等环境代用指标 ,重建了西北干旱区艾比湖地区近 15 0 0年来气候环境演化特征。结果表明 ,气候不稳定性不但出现在时段约 6 6 0～ 76 0A .D .及约 1380～15 0 0A .D .由暖干变冷湿的气候转换时期 ,也出现在时段约 10 5 0～ 115 0A .D .及约 185 0～ 194 0A .D .由冷湿变暖干的转换时期。尤其是由冷湿到暖干的气候转换时期 ,频繁而大幅度的气候变化影响湖泊水环境的稳定连续性 ,限制了介形虫等湖泊生物的生存 ,造成湖泊生态环境系统的破坏。而在百年尺度上艾比湖地区气候表现为暖干、冷湿的组合特征。约 185 0年开始 ,气候出现明显的干旱化趋势。     

罗布泊中更新世以来盐湖碳酸盐碳氧同位素组成及其古环境意义

罗布泊是欧亚大陆腹地塔里木盆地东端的典型内陆干盐湖,中更新世以来在其北部尤其罗北凹地发育了巨厚的蒸发岩沉积是对全球变冷和青藏高原隆升的积极响应。通过对罗北凹地第一口深钻LDK01孔蒸发岩系中203个样品的自生碳酸盐含量、碳氧同位素测试与分析,讨论了罗布泊中更新世以来的古环境演化特征。研究表明:(1)δ~(18) O和δ13 C协同正向演化,但在蒸发作用强烈的干旱封闭湖泊中,流域降蒸比(P/E)的变化对湖泊水体δ~(18) O影响最为显著;(2)δ~(18) O和δ13 C周期性波动震荡特征,反映干湿交替的环境以及周缘水体对罗北凹地的补给;(3)罗布泊湖盆干旱加剧演化可能并非只受全球变化单一因素驱动,而是全球气候变化和高原隆升共同作用的结果。     

青藏高原达则错沉积物有机碳同位素特征及古气候环境意义

通过对达则错沉积岩心有机质碳同位素（δ13C）和碳氮比（C/N）的分析,结合岩心浮游生物记录、营养盐记录以及温度和降水记录,探讨了过去一千年达则错沉积物有机质δ13C的气候环境指示意义.结果表明,达则错沉积物有机质主要以湖泊自生的水生生物碎屑混合物为主;过去一千年,达则错在受人类活动显著影响之前,气候变化是影响沉积物有机质δ13C形成的主要因素,在1050~1200 AD和1450~1650 AD气候寒冷干燥时段有机质δ13C值显著偏重,反之则相反;过去150年,湖泊沉积物有机质δ13C显著偏重,主要受人类活动导致湖泊营养盐浓度变化影响.本研究还表明对于营养结构较为单一,且西藏拟溞为绝对优势动物物种的半对流型湖泊,应用C/N值判断湖泊有机质来源是不可靠的,需要综合湖泊地理背景谨慎判断.      

洞穴石笋沉积旋回主要特征的古气候环境研究

通过对我国南方大型石笋组分、结构构造的观测和董哥洞10号(D10)石笋210件碳、氧同位素组成、20个U系测年数据,以及部分微(痕)量元素的分析对比,概述了石笋沉积旋回性特征、旋回界面类型和相关的气候、环境、地质意义.以组成D10石笋的碳酸盐含碳质、黏土矿物,呈黑灰、灰黄、灰白、灰等色泽匹配、纹层厚及组合、层面呈拱形或平直分别组合或转变、构造类型、碳氧同位素组成及其组合,呈协调平行、不协调同向、不协调反向变化三类型若干亚类等,旋回性特征,确定了19个沉积旋回.根据δ13C平均值为-3.91 ‰PDB、δ18O为-6.97 ‰PDB分别为冷暖气候演变的临界(阀)值,δ13C或δ18O＞临界值者的偏重是冷,＜临界值的偏轻是热.以δ13C、δ18O组成(表1)和组合变化类型和上述旋回性特征,结合层面构造呈渐变过渡或突变,以及20个同位素年龄数据,初步认定荔波地区352 930～99 410年间沉积的19旋回,是一个较完整的冰期气候演化过程,属我国第四纪冰期系列的第五冰期,10旋回顶180 695年(推算)～15旋回顶129 890年,约5万多年是连续严寒的盛冰期,①、16分别可能是冰期早、晚时段相对温暖的间冰期.期间冷暖变化有5万年级的、10万年级的气候旋回.论证了荔波地区35～10万年间是冰期气候环境,前期17万年寒冷的气候环境,期间35万年、25万年前后更严寒,但生态基本保持正常演变的面貌,中期5万多年为极寒冷的气候环境,生态向适应冷气候环境演化,晚期3万多年为冷暖频繁突(跃)变的恶劣气候,期间生态面貌复杂,正常演替与残存、突变演替并存.     

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 .     

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.     

苏皖地区石炭纪海相碳酸盐岩碳和氧同位素演化规律

对江苏南京孔山和安徽巢湖凤凰山石炭系碳酸盐岩C、O稳定同位素进行了测定。结果表明，苏皖地区石炭系δ^13C,δ^18O记录是以4个同位素演化阶段为特征，前3个同位素演化阶段与同时代的北美石炭纪相似，仅仅是内部演化特征略有不同，这反映了区域性的沉积环境的不同变化。在金陵组下部、和州组下部、黄龙组中下部和船山组层段，δ^13C表现出明显的正漂移，这可能是受植物和生物量增长、有机碳储藏量增加所引起的。δ^18O记录总体上与δ^13C值呈相似的变化趋势。δ^18O增加记录了气候变冷和冰川作用的结果。δ^18O负漂移与气候变暖和冰川消融是一致的。在浅水潮坪环境，大气淡水的淋滤作用使δ^13C和δ^18O值明显降低。     

桂林地区44 ka洞穴石笋碳酸钙(盐)δ13C的同位素组成与大气CO2浓度估算

洞穴石笋碳酸钙(盐)δ13C的同位素记录表明,其与δ18O同位素记录一样,均能反映气候环境的冷暖旋回变化,也具有急速的突变事件记录.本文利用近期或古老的洞穴石笋碳酸钙(盐)δ13C的同位素组成,对桂林地区44 ka以来的大气CO2浓度进行了尝试性的估算,估算结果表明,它可与近期所测量的以及冰岩芯气泡组分分析和北方黄土碳酸盐δ13C估算的大气CO2浓度值基本接近,可以进行相互对比,说明利用洞穴石笋碳酸盐δ¨C同位素组成对大气CO2浓度进行估算的方法是可行的.研究表明,洞穴石笋碳酸盐δ13C同位素的记录,对地质时期的冷事件具有独特的敏感性,特别是对新仙女木冷事件和北大西洋Heinrich的H1至H5冷事件反映较为明显,在干冷期δ13C同位素快速升高,总体上与大气CO2浓度的变化呈反比,大气CO2浓度的变化与全球性的气候波动大体一致,但存在明显的区域性变化特征.