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.     

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.     

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.     

泥炭纤维素同位素:全新世气候环境变化的敏感记录

本文简述了笔者与科研组在过去十余年间,在探索和开拓泥炭纤维素氧、碳同位素组成作为全新世气候代用指标方面所取得的研究成果.这些成果已被Nature等国际著名学术杂志上发表的研究论文多次引用,或受到国际同行专题文章的评论.由于泥炭纤维素氧、碳同位素时间序列对气候变化有很敏感的响应,使它能以高的时间分辨率揭示出重要的全球变化现象,成为全球变化研究的有力工具.     

内蒙古伊盟盐海子Ya02孔氧碳同位素记录的第四纪末次冰期及全新世气候特征

从内蒙古伊盟盐海子Ya02孔氧碳同位素资料中可以看到,东亚季风气候在22000aBP时由第四纪末次冰期气候开始转入末次间冰期气候,东亚季风带第四纪末次冰期时的气候环境是湿冷的淡化期,而末次冰期的气候环境是热干的成盐期.其次,末次冰期以来,气候由湿冷变为热干,5400aBP时气候达到热干的大暖期的最热点,之后又逐级降至现代暖趋冷的气候特征,东亚季风气候带的末次间冰期开始界线在22000aBP左右,δ^18O资料告诉我们内蒙古高原第四纪末次冰期曾有过冰川或冰盖地貌景观,在22000aBP以后才消融进入第四纪末次间冰期.     

银川盆地35ka以来古植被演化的类脂分子记录

为了更好地了解干旱-半干旱区的植被类型及其演化规律,利用气相色谱仪对银川盆地冰沟剖面河湖相沉积物中的正构烷烃进行了检测,结果显示其正构烷烃碳数分布范围为C15~C34,奇碳优势明显,以C29或C31为主峰的单峰型为主,但少量样品也出现双峰型分布模式。通过对冰沟剖面正构烷烃分布特征、碳优势指数CPI和L/H（ΣC21-/ΣC22+）指标的详细分析得知其有机质来源以陆生高等植物占主导优势。结合年代数据、有机碳同位素、长链正构烷烃平均链长ACL和C33/(C33+C27)值重建出35.0ka以来银川盆地植被类型以 C3植物为主,并且C3和C4植物的相对比例变化主导受温度制约,而木本和草本植被的演化主要受控于水分条件。     

浑善达克沙地地表沉积物有机碳同位素组成 与植被-气候的关系

研究现代地表沉积物有机碳同位素与植被-气候的关系,对于重建过去气候变化过程有重要意义。然而,对于气候变化幅度大、生态环境脆弱的浑善达克沙地,尚缺少相关的研究。本研究对浑善达克沙地进行了全面采样,对42个地表样品进行了有机碳同位素分析。结果表明,浑善达克沙地表土有机碳同位素(δ13C)介于-25.0 ‰ ~-19.4 ‰ 之间,平均为-22.2 ‰。通过两端元方法估算,研究区C4生物量介于0~46% 之间,平均为17.9%,与前人的C4植被调查结果有很好的可比性。相关分析表明,C4生物量与年降水量呈显著负相关关系,而与温度关系不大,这表明在该地区年均温差异较小的情况下,降水可能是控制C4植物生物量的主要因素; 另外,推测也可能是研究区C3生物量的变化主导地表有机碳同位素的变化。建立的δ13 C-年降水量转换函数,预期可用于重建浑善达克沙地全新世降水量的变化。     

天目山泥炭有机碳同位素特征及其古环境意义

通过对浙江天目山泥炭剖面的高密度采样和有机碳同位素分析,重建了该地区4 ka BP以来的古植被特征和古环境演化历史.天目山3200 a BP之前,气候温和适度,晚期变冷变干,为中全新世末气候波动的过渡时期.3200~700 a BP,有机碳δ13Corg值在波动中降低,气候出现多次急剧冷暖变化,指示了几次温暖与寒冷事件.700 aBP以来,有机碳同位素迅速正偏,表明又一暖期的出现,到了后期气温又有所降低,植被转化为草原草甸景观.天目山地区近4 ka以来的气候变化与国内外不同区域的研究资料相一致,但又有区域的差异性.     

江汉平原湖区周老镇钻孔磁化率和有机碳稳定同位素特征及其古气候意义

江汉平原地处我国东西、南北自然环境的过渡地带, 该地带距今30ka (大约相当于MIS3阶段) 以来的气候变化是研究过去全球气候变化的重要时段之一, 已越来越引起人们的关注.在精确测年的基础上, 对采自江汉平原湖区周老镇钻孔(ZL01) 沉积物柱样的磁化率和有机碳稳定同位素进行了处理和分析, 其结果表明: (1) 该区磁化率和有机碳稳定同位素值的变化特点具有较好的一致性和可对比性, 它们与古气候的关系为: 磁化率的高值、有机碳稳定同位素的偏正值与偏冷、偏干的气候环境相对应; 反之与偏温暖湿润的气候环境相对应. (2) 根据磁化率和有机碳稳定同位素值的变化特点将本区30 kaB. P.以来的古气候分为3个大的气候演化阶段, 在每一个大的气候演化阶段中又可分为若干次小的气候演变阶段.这3个大的气候演化阶段分别为阶段Ⅰ : 其年龄约为30 000~ 14 100 aB. P., 磁化率和δ13C的平均值分别为655.69 × 10-6 SI和-23.15 × 10-3, 均为本区最高值并且曲线波动较大; 阶段Ⅱ : 相应时段为14 100 ~ 3 540 aB. P., 磁化率平均值为较低值369.38 × 10-6SI和δ13C为偏负值(- 27.29 × 10-3), 相对较稳定; 阶段Ⅲ : 年代相当于3 540 ~ 650 aB. P., 平均磁化率为本区最低值311.0 × 10-6 SI, δ13C平均值为- 24.49 × 10-3, 且曲线波动较大. (3) 磁化率与有机碳稳定同位素值发生突变处可能是突发性温度事件的反映.      

敦煌伊塘湖沉积物有机碳同位素揭示的末次盛冰期以来湖面变化

对甘肃敦煌伊塘湖沉积物进行了野外钻探采样,采用光释光测年技术确定了沉积物的年代,测定了总有机碳含量(TOC)、碳氮比(TOC/TN)和有机质稳定碳同位素组成(δ13℃org)等环境代用指标.结果表明,23ka至今,湖区沉积物δ13℃org在-27.84‰～-22.86‰之间变化,可与TOC对比.干旱气候条件下湖泊沉积物的δ13℃org变化主要受到沉水植物和挺水植物含量变化的控制,生长于较深水的沉水植物δ13Corg值偏正,而生长于较浅水的挺水植物δ13℃org值偏负;另外,部分时期有外源陆生植物产生的有机质输入,影响沉积物的碳同位素值.总体上,干旱区湖相沉积物δ13Crg值可指示湖水面的变化、间接指示气候干湿变化.δ13Corg变化的时间序列显示出明显的冰期-间冰期变化,从末次盛冰期到全新世暖期可将伊塘湖的环境演化分为4个阶段:23～ 13ka是一个气候不稳定时期,整体呈冷干并且湖面水位偏低,但后期有转暖的趋势;13～9ka为冰期向全新世暖期的过渡阶段;9～5ka整体湖面水位偏高、气候暖湿,含有短时间的干事件;5ka至今有变干的趋势.23ka以来,伊塘湖区的湖泊环境演化受全球大气环流与水汽输送路径控制.     

Stable isotopes of pedogenic carbonates from the Somma–Vesuvius area,southern Italy,over the past 18 kyr: palaeoclimatic implications

Stable isotopes were measured in the carbonate and organic matter of palaeosols in the Somma–Vesuvius area, southern Italy in order to test whether they are suitable proxy records for climatic and ecological changes in this area during the past 18000 yr. The ages of the soils span from ca. 18 to ca. 3 kyr BP. Surprisingly, the Last Glacial to Holocene climate transition was not accompanied by significant change in δ¹⁸O of pedogenic carbonate. This could be explained by changes in evaporation rate and in isotope fractionation between water and precipitated carbonate with temperature, which counterbalanced the expected change in isotope composition of meteoric water. Because of the rise in temperature and humidity and the progressive increase in tree cover during the Holocene, the Holocene soil carbonates closely reflect the isotopic composition of meteoric water. A cooling of about 2°C after the Avellino eruption (3.8 ka) accounts for a sudden decrease of about 1‰ in δ¹⁸O of pedogenic carbonate recorded after this eruption. The δ¹³C values of organic matter and pedogenic carbonate covary, indicating an effective isotope equilibrium between the organic matter, as the source of CO₂, and the pedogenic carbonate. Carbon isotopes suggest prevailing C₃ vegetation and negligible mixing with volcanogenic or atmospheric CO₂. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

Functional Spectral Analysis of Paleoclimatic Evolution in Lanzhou Area over the Last 15 ka

In this paper, we make use of the functional spectral analysis to infer the periodicity of paleoelimate in the Hongzuisi section since about 15 ka. Through combined analysis of organic carbon isotope and CaCO3 content, the law of paleoclimatic evolution of the Hongzuisi section is obtained. There were climatic changes from 10 ka to about 0.1 ka over the last 15 ka. Among these cycles, the cycle of several ka is most remarkable. The result indicates that functional spectral analysis is helpful for paleoclimatic study, which can provide useful information about paleoclimatic reconstruction and future forecast.     

祁连山南坡木里地区晚更新世晚期的气候变迁

通过对祁连山南坡木里地区晚更新世地层剖面AMS¹⁴C年代的测定,以及对沉积物粒度、磁化率及SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等氧化物含量的研究,重建了研究区晚更新世晚期44.8～35ka B.P.的气候变迁。木里地区晚更新世晚期44.8～35ka B.P.的气候可以分为3个阶段:(1)44.8～40.5ka B.P.,气候温暖湿润,41.9ka B.P.出现的暖事件与D-O振荡中的IS12对应;(2)40.5～35.5ka B.P.,气候波动频繁且在波动中变冷,该阶段成功捕捉到3次D-O振荡中的暖事件和1次Heinrich冷事件,3次暖事件与D-O振荡中的IS9、IS10、IS11对应,时间分别为35.8ka B.P.、37.5ka B.P.、39.7ka B.P.,冷事件与D-O振荡中的H3对应,时间为35.5ka B.P.;(3)35.5～35ka B.P.,气候波动大,具变暖趋势。整个阶段的气候波动与深海氧同位素第3阶段后期气候变化特征较吻合,亦揭示了全球变化信号在研究区的响应特征。     

距今约6000年以来青藏高原东北部黄河源区冻结泥炭沉积记录的气候演化

黄河源区气候和环境演化过程和机制的系统研究对青藏高原东北部冻土环境对气候变化的响应非常重要。在青藏高原东北部黄河源区勒那曲流域汤岔玛盆地南缘,根据万隆哇玛河泥炭剖面（WLR：34°39'4.71″N,97°20'0.90″E;4400m a.s.l.）的磁化率、烧失量、地球化学元素氧化物及其比率等参数,重建了6.1cal.ka B.P.以来黄河源区的气候演化过程。结果表明,黄河源区的气候演化过程可以分为4个阶段：6.1~2.1cal.ka B.P.,气候暖湿,其中,又以5.4cal.ka B.P.为界分为2个亚阶段,6.1~5.4cal.ka B.P.气候偏暖湿,而5.4~2.1cal.ka B.P.气候偏冷干;2.1~1.5cal.ka B.P.,气候凉湿;1.5~0.8cal.ka B.P.,气候相对暖湿;0.8cal.ka B.P.以来气候趋于暖湿。6.1cal.ka B.P.以来,黄河源区气候变化过程具有高度的不稳定性及百年-千年尺度振荡的特点,在6.1~5.8cal.ka B.P.、5.4~3.9cal.ka B.P.、3.0~2.1cal.ka B.P.、1.9~1.5cal.ka B.P.、1.3~1.1cal.ka B.P.和0.8~0.3cal.ka B.P.等表现出明显的6次冷事件,这与青藏高原泥炭和湖相沉积、冰芯、北半球低纬度泥炭沉积乃至高纬度深海沉积等记录的冷事件具有明显对应关系。以上结果表明,中晚全新世以来黄河源区的气候变化与全球气候变化具有一致性。

     

Stable carbon isotopic composition of soil organic matter in the karst areas of Southwest China

This study dealt with the distribution characteristics of soil organic carbon （SOC） and the variation of stable carbon isotopic composition （δ^13C values） with depth in six soil profiles, including two soil types and three vegetation forms in the karst areas of Southwest China. The δ^13C values of plant-dominant species, leaf litter and soils were measured using the sealed-tube high-temperature combustion method. Soil organic carbon contents of the limestone soil profiles are all above 11.4 g/kg, with the highest value of 71.1 g/kg in the surface soil. However, the contents vary between 2.9 g/kg and 46.0 g/kg in three yellow soil profiles. The difference between the maximum and minimum δ^13C values of soil organic matter （SOM） changes from 2.2‰ to 2.9‰ for the three yellow soil profiles. But it changes from 0.8‰ to 1.6‰ for the limestone soil profiles. The contrast research indicated that there existed significant difference in vertical pattems of organic carbon and δ^13C values of SOM between yellow soil and limestone soil. This difference may reflect site-specific factors, such as soil type, vegetation form, soil pH value, and clay content, etc., which control the contents of different organic components comprising SOM and soil carbon turnover rates in the profiles. The vertical variation patterns of stable carbon isotope in SOM have a distinct regional character in the karst areas.     

川东地区早三叠世碳、锶同位素演化及地质意义

早三叠世作为地球发展史上一个高度的反常时期,人们对其关注程度远不及二叠纪/三叠纪界线。海相碳酸盐的碳、锶同位素组成与演化是了解重大突变期的生态环境事件和地球过程的重要切入点。根据前人公布的川东地区早三叠世锶、碳同位素数据,绘制同位素演化散点图,根据曲线的演化特征以及不同地区的对比,分析其控制因素和地质过程。研究表明,川东地区早三叠世锶同位素演化曲线单调上升,具有很高的全球一致性,由河流注入到海水的高放射成因的锶含量增加是加剧87Sr/86Sr比值单调上升的主要原因。碳同位素演化曲线在短时间内发生的一系列高频率、大幅度波动,大量的磷酸盐注入海洋使菌藻类大量繁殖,海洋的初级生产力增强,有机碳埋藏量增大,使δ13C偏高。甲烷水合物吸收与释放等暂时性效应不是引起曲线来回波动的主要因素,海洋水体倒转等持续性效应可以很好地解释曲线异常,但对其驱动机制有待进一步研究。此外δ13Ccarb和δ13Corg的同步研究并参考早寒武世是下一步研究的重点。     

Organic fraction of the total carbon burial flux deduced from carbon isotopes across the Permo-Triassic boundary at Meishan,Zhejiang Province,China

By combining the carbon cycle model with the records of carbonate and organic (kerogen) carbon isotope, this paper presents the calculation of the fraction of organic carbon burial (f _org) of beds 23–40 at the global boundary stratotype section and point (GSSP) of the Permian-Triassic boundary at Meishan, Zhejiang Province. The resulting calculation produces two episodes of f _org maxima observed to occur at beds 23–24 and 27–29, which respectively corresponds to the two episodic anoxic events indicated by the flourish of green sulfur bacteria. Two episodic f _org minima occurred at beds 25–26 and 32–34, generally coincident with the flourish of cyanobacteria (bed 26 and upper part of beds 29 to 34) as shown by the high value of 2-melthyhopnoanes. It appears that the f _org is related to the redox conditions, with greater f _org values observed under the reductive condition. The relationship between f _org and the total organic carbon (TOC) content was complex. The f _org value was low at some beds with a high TOC content (such as bed 26), while high observed at some beds with a low TOC content (e.g. bed 27). This association infers the important contribution of primary productivity to the TOC content. The original organic burial could be thus calculated through the configuration of the function of the primary productivity and f _org, which can be used to correct the residual TOC measured today. This investigation indicates that compiling the organic-inorganic carbon isotopes with the carbon cycle model favors to understand the fraction of organic carbon burial, providing information for the reconstruction of the coupling among biota, environments and organic burial. Journal of China University of Geosciences, 2007, 32(6): 767–773 [译自: 地球科学—中国地质大学学报]     

桂林毛村岩溶区不同土地利用方式土壤有机碳矿化及土壤碳结构比较

应用土壤培养法,比较分析了桂林毛村岩溶区不同土地利用方式(农田、灌丛和林地)土壤在25℃、黑暗条件下培养90d有机碳矿化速率的差异(以90d累计释放的CO2-C计)。农田土壤矿化释放的CO2-C含量分别比灌丛和林地少62.9%和56.6%。利用6mol/L的HCl酸解法得到惰性碳含量,并利用三库一级动力学方程在SAS8.2软件中通过非线性拟合得到三种土地利用方式的活性碳库、缓效性碳库的大小及其分解速率,计算得出各库驻留时间。结果表明各土地利用方式均为活性碳库含量最少,占总有机碳的比例在1.82%~2.71%之间,平均驻留时间在8.4~16.3d之间;缓效性碳库次之,占总有机碳的比例在33.91%~45.47%之间,平均驻留时间为4.8~7.7a之间;惰性碳库所占比例最大,在51.82%~64.01%之间,平均驻留时间为假定的1000a。通过固态13C交叉极化魔角自旋核磁共振(13CCPMASNMR)方法对土壤碳结构进行分析,结果表明:与灌丛和林地相比,受人类活动干扰较多的农田烷基C和芳香C的比例增加,烷氧C和羰基C的比例降低;烷基C/烷氧C和疏水C/亲水C的大小顺序均为农田>林地>灌丛,而脂族C/芳香C的大小顺序则相反,即灌丛>林地>农田。这说明农田土壤有机碳分解程度较高,难分解程度增加,难分解有机碳比例增加。