慕士塔格冰川地区降水中δ18O的时空变化特征

根据2002年6~8月和2003年5~8月期间在慕士塔格冰川西坡收集的降水样品, 探讨了该区降水中δ¹⁸O的时空变化特征. 分析结果表明, 观测期间降水中δ¹⁸O具有较大的变幅, 可达20‰左右, 其值随时间的变化趋势和气温的变化趋势基本一致. 该区降水中δ¹⁸O与温度存在正相关关系, 但与降水量无关. 在海拔5500~7450 m的范围内, 稳定同位素比率的高程效应显著. 降水中δ¹⁸O随海拔而垂直变化的梯度值接近-0.40‰/100 m. 综合目前山地高海拔区的降水中δ¹⁸O资料, 初步建立了全球山地高海拔区(>5000 m)降水中δ¹⁸O和海拔的关系.     

青藏高原南部季风降水中稳定同位素波动与水汽输送过程

利用NCEP气象数据建立模型来追踪青藏高原南部降水的水汽输送过程, 并与实测降水中氧稳定同位素数据进行对比分析, 讨论了青藏高原南部降水中δ¹⁸O波动与水汽输送过程的关系. 研究发现降水中极低的d18O都与低层洋面蒸发水汽输送有关; 远距离水汽输送时, 水汽输送过程中的降水使得稳定同位素的贫化作用加强, 结果实测降水中δ¹⁸O很低; 降水中低的δ¹⁸O值往往伴随着厚层水汽输送, 而且高层大气水汽的凝结作用强烈, 这一过程也加剧了稳定同位素的贫化, 使得实测降水中δ¹⁸O很低. 而降水中高的δ¹⁸O值无论是在季风降雨期的前后还是在季风活动阶段, 水汽输送都与高原面上蒸发的水汽有关, 而缺乏低海拔洋面蒸发的水汽输送, 并且水汽主要来源于北方或西方. 模型计算结果与稳定同位素的分馏机理相一致.     

珠穆朗玛峰东绒布80.36 m冰芯δ 18O记录的气候意义

珠穆朗玛峰东绒布80.36 m冰芯δ ¹⁸O记录与喜马拉雅山南、北坡气象资料和北半球气温变化之间的关系表明, 该冰芯δ ¹⁸O基本上不反映年际温度的变化, 但冰芯δ ¹⁸O与净积累量具有负相关关系, 这是该地区夏季降水(占全年降水量的80%以上)中δ ¹⁸O“降水量效应”的一种具体表现. 东绒布冰芯δ ¹⁸O的变化可作为印度季风活动强弱变化的替代指标. 在季风活动强盛阶段, 冰芯中δ ¹⁸O平均值较低; 在季风活动衰弱阶段, 冰芯中δ ¹⁸O平均值较高.     

内蒙古达里诺尔湖水体稳定同位素空间分布特征指示的区域补给差异

基于内蒙古寒旱区达里诺尔湖（简称"达里湖"）无河流外泄、冬季湖面冰封、水体流动缓慢等典型区域水文气象特征,对夏、冬季湖泊底层、表层水（冰）、入湖河水、浅层地下水（井水、泉水）等样品中稳定氢、氧同位素（δD、δ¹⁸O）值的变化进行对比分析,结果显示湖区不同水体δD和δ¹⁸O平均值均存在湖泊水体（水、冰体） > 大气降水 > 入湖河水 > 浅层地下水的变化特征.在达里湖,夏、冬季底层水δD、δ¹⁸O值均比表层水（含湖冰）中δD、δ¹⁸O值偏负且季节变化幅度较小.此外,冬季不同采样点底层水δD、δ¹⁸O平均值的区域差异性比夏季明显,这反映了湖泊底层水体相对封闭、稳定的储存环境,也说明地下水补给过程存在一定程度的区域差异.而基于不同区域底层水δD、δ¹⁸O值及氘盈余指数（d）值和水深变化间相互关系的分析,发现水深变化可能是影响达里湖底层水δD、δ¹⁸O值分布区域差异及补给过程的主要因素之一：东北部水体较浅（水深小于8 m）区域采样点水体δD、δ¹⁸O平均值多数比达里湖整体平均值偏负且d值偏正,指示浅层地下水输入及二次蒸发作用的影响;西南部水体较深（水深超过8 m）区域采样点水体δD、δ¹⁸O平均值多数比达里湖整体平均值偏正且d值偏负,说明水体相对稳定,受二次蒸发作用的影响较弱.     

天山乌鲁木齐河源1号冰川冰下化学沉淀的理化特征及其冰下环境指示意义

在天山乌鲁木齐河源1号冰川冰坎基岩面上首次发现了结晶程度和成层性均良好的冰下化学沉淀. 对该沉淀物的表面形态、内部结构构造特征和化学特征进行了观察和分析. 沉淀物中的淀纤维晶被壳结构形成于饱和CaCO₃溶液中, 表明1号冰川冰下存在压力融水和水膜; 沉淀物中的韵律层理、溶蚀面和不整合面等构造反映水膜在空间上和时间上都存在很大的差异和变动. 沉淀物胶结的碎屑相对于基岩Fe和Al富集, K, Na和Si贫化, 而且其中的粘土矿物以伊利石为主, 反映大陆性冰川冰下存在着微弱的化学风化过程. 冰下CaCO₃沉淀形成要求冰下融水在相对封闭、CO₂分压高的冰-岩界面融入大量Ca⁺⁺, 因此冰下化学沉淀的出现是冰下化学作用的直接证据. 在非灰岩基底的大陆性冰川冰下和灰岩基底的温性冰川冰下形成的化学沉淀物相似, 反映两者具有相似的化学沉淀过程, 冰下融水中Ca⁺⁺的富集和沉淀过程与基岩类型和冰川活动性关系不大.     

南京葫芦洞石笋δ13C对冰期气候的复杂响应与诊断

文中重建了南京葫芦洞内距今75~10 ka期间7支石笋δ¹³C的时间变化序列, δ¹³C曲线在重叠时段均具有一致性波动形式. 在最后一个冰期/间冰期旋回, δ¹³C值变化幅度达6‰, 反映了C3/C4植被类型变化对δ¹³C的主控作用. 然而, 在末次冰期格陵兰冰心记录的DO暖事件时(千年尺度), δ¹³C与指示降水变化的δ¹⁸O呈反相关, 主要反映了快速渗水条件下洞穴岩溶水对土壤CO₂溶解量的降低. 据同期生长石笋δ¹³C和δ¹⁸O对比分析, 石笋碳同位素动力分馏程度与生长速率有关. 进一步研究发现, 本区末次冰消期植被类型变化滞后于降水变化约700年.     

青藏高原冰芯过去100年δ18O记录与温度变化

以羌塘高原普若岗日冰原钻取的213 m冰芯中记录为基础, 研究了过去100年来δ¹⁸O变化所反映的这一地区的温度变化. 结合已获取的青藏高原南部的达索普冰芯、西北部的古里雅冰芯和东北部的敦德冰芯, 综合研究了青藏高原温度变化的区域差异. 结果表明, 青藏高原不同地区冰芯中δ¹⁸O变化各有特点, 特别是南、北差异和东、西差异十分明显. 但4根冰芯记录均反映出过去100年来δ¹⁸O增加的趋势, 说明过去100年来青藏高原在不断变暖. 将δ¹⁸O记录所反映的青藏高原温度变化、青藏高原气象记录的温度变化同北半球温度变化比较研究发现, 这些记录所反映的过去100年总体变暖趋势是一致的.     

长沙桃子湖湖水稳定同位素的变化及其影响因素

基于对长沙桃子湖湖水和降水中稳定同位素的监测数据,分析了湖水中稳定同位素的变化特征及其与降水和蒸发的关系,旨在了解湿润气候条件下小型湖泊的湖水稳定同位素的变化规律,揭示降水和蒸发对湖水稳定同位素变化的具体影响.在时间变化上,湖水稳定同位素具有明显的季节变化,湖水中δ¹⁸O的最大值出现在春季,最小值出现在冬季;湖水中过量氘的最大值出现在5-6月,最小值出现在9-10月.在空间变化上,桃子湖不同深度和不同空间点上的湖水中δ¹⁸O差异很小,说明湖水基本处于均匀混合状态.当5日累计降水量≥ 20.3 mm时,湖水中δ¹⁸O的变化与5日累计降水量之间的负相关关系非常显著,但与5日累计蒸发量之间呈弱正相关;湖水中过量氘的变化与5日累计降水量之间无显著相关关系,但与5日累计蒸发量之间呈弱的相关性;相比于平均湖水蒸发线,该降水段的蒸发线斜率和截距均有明显增加.当累计降水量<20.3 mm时,湖水中δ¹⁸O的变化与5日累计降水量之间的相关程度明显降低,但与5日累计蒸发量之间的相关程度则明显提高;湖水中过量氘的变化与5日累计降水量以及与5日累计蒸发量之间的相关关系显著提高;相比于平均湖水蒸发线,该组蒸发线的斜率和截距均有明显减小.     

倒数第三次冰消期亚洲季风气候可能的类Younger Dryas事件

对湖北省神农架两个高海拔洞穴(天鹅洞: 海拔1600 m; 永兴洞: 海拔1400 m)石笋实测了7个U-Th年龄、560个氧同位素以及年纹层厚度变化序列. 天鹅洞石笋十年际分辨率δ ¹⁸O曲线十分类似于江苏南京和贵州荔波石笋记录的波令暖期和新仙女木事件基本特征, 表明本区石笋δ ¹⁸O反映了区域性亚洲季风经向环流及其降水变化特征. 相距天鹅洞约70 km的永兴洞石笋高分辨率(平均30 a左右) δ ¹⁸O时间序列揭示了倒数第三次冰消期亚洲季风突变过程. 基于3个U-Th年龄和连续5000 a左右生长纹层计数结果, 在245±5 kaBP左右冰消期识别出一个千年级冷事件. 这一事件持续时间为1371±59 a, 并在74±4 a内快速向间冰期(MIS7e)突变, δ ¹⁸O的变幅达2.30‰, 相当于冰期/间冰期振幅的1/2强. 这些事件特征类似于亚洲季风区石笋δ ¹⁸O记录的新仙女木事件, 说明新仙女木事件不是末次冰消期的一次偶然事件, 很可能是第四纪冰盖、大尺度海洋/大气环流耦合作用的产物.     

内蒙古高原达里诺尔湖夏季水体稳定同位素变化特征

基于内蒙古高原寒-旱区达里诺尔湖（简称"达里湖"）相对集中的夏季大气降水、强烈的蒸发作用等典型区域气候环境特征,结合湖泊水体温度、盐度等理化指标变化,对夏季达里湖湖水、入湖河水、区域大气降水等样品中稳定氢、氧同位素（δD、δ¹⁸O）值变化进行了对比分析.结果显示：虽然整体上达里湖夏季水体并没有形成明显的物理性质"跃层"（如温跃层、盐跃层等）,水体理化指标的空间分布相对稳定,但是夏季湖水中δD、δ¹⁸O值却随着水深增加逐渐偏负：δD值由表层水体（0~1 m）到底层水体（7~9 m）偏负约1.40‰,δ¹⁸O值由表层水体到底层水体偏负约0.27‰.达里湖夏季"大气水线"为δD=8.22δ¹⁸O+6.82,显示大气降水中δD、δ¹⁸O值受季风降水效应影响的同时受到区域蒸发作用影响.特别是7、8月大气降水同位素变化受降水效应的影响比6、9月更明显,而6、9月大气降水同位素变化受蒸发作用的影响比7、8月更明显.这也导致达里湖夏季上层水体受大气降水的稀释作用影响显著;伴随水深的增加,降水效应及蒸发作用的混合影响逐渐减弱,底层水体受区域地下水补给过程等因素的影响则可能更加明显,即达里湖夏季上层水体和底层水体中稳定同位素组成变化的影响因素存在差异.     

中国西南地区降水中氧稳定同位素比率与相关气象要素之间关系的研究

分析了中国西南地区降水中稳定同位素比率与不同高度的温度、气压、湿度的关系以及影响该地区降水中稳定同位素比率的因子. 在天气尺度下, 蒙自、思茅、腾冲降水中δ ¹⁸O与取样时的降水量、水汽压、大气水汽总量均存在显著的负相关关系; 与各标准层(400, 500, 700, 850 hPa)的日平均温度存在显著的负相关关系, 这个结果与中高纬度内陆区存在的显著温度效应不同. 另外发现, 降水中δ ¹⁸O与各标准层大气的温度露点差ΔT_d存在显著的正相关关系. 在年尺度下, 昆明站的年加权平均δ ¹⁸O不仅与年降水量存在一定程度的负相关关系, 并且与500 hPa的年平均温度存在显著的负相关关系. 在夏季风异常强盛的年份, 更多来自低纬度海洋的暖湿空气通过中国的西南水汽通道向北输送, 并在沿途形成异常的强降水. 异常强的凝结过程将释放更多的凝结潜热加热大气, 使降水时的大气温度升高. 伴随降水量的增加, 降水中δ ¹⁸O的降低; 反之, 在夏季风异常弱的年份, 降水量小, 降水时的大气温度较低, 因此, 降水中的δ ¹⁸O较高.     

重庆新崖洞XY2石笋δ18O记录的57~70 ka BP古气候变化及其对D-O和H事件的反映

重庆新崖洞XY2石笋57~70 ka BP之间的高分辨率δ¹⁸O记录在相当于冰芯记录中的D-O 18暖事件时期, 复现了冰芯记录中的“缓慢变冷, 快速变暖”的气候转换特征. δ¹⁸O在59和64 ka BP分别有极小值, 反映气候相对暖湿, 夏季风较强; 而在60 ka BP有极大值, 夏季风较弱. 它们分别对应于北半球高纬度记录中的Dansgaard-Oeschger(D-O)17至18暖事件以及Heinrich 6(H6)冷事件. 这与葫芦洞(Hulu)MSL石笋的记录相当一致, 但是两者与董歌洞(Dongge)D4石笋的记录差异较大. 这说明石笋δ¹⁸O记录在反映夏季风变化时, 空间上既有相似之处, 又有明显差别. 要取得中国东部夏季风变化的整个格局, 多地点多记录的研究工作是十分必要的. 此外与深海氧同位素记录不同的是, 高分辨率石笋δ¹⁸O记录均显示在MOIS4的最冷时期(64~65 ka BP)中国东部地区的气候对应于D-O18暖事件, 说明海陆相的气候变化是有差异的.     

塔里木盆地北部下寒武统底部黑色页岩的和同位素特征及其与扬子地台的对比

报道了塔里木盆地北部下寒武统底部黑色页岩的Re-Os和Nd同位素地球化学特征, 并通过其Re-Os和Nd同位素特征探讨了该黑色页岩的物源性质. 塔里木盆地北部下寒武统底部黑色页岩的Re/Os比值为7.18; ¹⁸⁷Re/¹⁸⁸Os为5.6438; ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os为1.9616. 这些特征反映了该黑色页岩具有壳源性质. 其ε_{NdεNd(540 Ma)值为-7.32; Nd模式年龄TDM集中在1.535 Ga. 黑色页岩中Nd同位素的这些特征与盆地基底岩石的Nd同位素参数十分吻合. 综合Re-Os和Nd同位素特征, 说明塔里木盆地北部下寒武统底部的这套黑色页岩的物源中应包括以盆地基底为主要组成的大陆地壳. 同时, 通过与扬子地台下寒武统底部黑色页岩Re-Os同位素的对比, 发现两者之间存在着较大的不同, 可能反映了两者在沉积背景上的差异. 这为正确分析塔里木地台与扬子地台的成因关系提供了Re-Os同位素方面的信息.}     

慕士塔格地区夏季降水中δ18O与温度及水汽输送的关系

根据在慕士塔格地区2002年和2003年连续两次实施的降水水样收集和气象要素观测, 分析了该地区降水中δ¹⁸O与温度的关系, 揭示了降水中δ¹⁸O变化特征, 讨论了水汽输送对降水中δ¹⁸O变化的影响. 研究结果表明, 慕士塔格地区夏季历次降水中δ¹⁸O与温度具有一定的正相关关系, 温度是控制该地区降水中δ¹⁸O变化的主导因素; 与邻近地区相似, 夏季降水中δ¹⁸O也表现为高值. 据水汽追踪的结果, 该地区夏季降水与西风环流和局地环流的水汽输送有密切的关系; 而水汽输送距离的远近、水汽输送厚度以及极地气团的南侵对该地区降水中δ¹⁸O变化都有一定的影响. 不同水汽来源及输送方式是影响该地区降水δ¹⁸O变化的另一要素.     

南沙海区生物单体脂类碳同位素研究

应用GC-IRMS碳同位素分析技术, 对南沙海区典型生物的单体脂类碳同位素进行了测定. 饱和脂肪酸碳同位素δ ¹³C值分布在-25.6‰~-29.7‰之间, 其平均值在不同类型生物中为-26.4‰~-28.2‰, 差值仅为1.8‰. 不饱和脂肪酸具有较重的碳同位素组成, 与同碳数饱和脂肪酸的δ ¹³C值平均相差2.9‰~6.8‰. 正构烷烃碳同位素组成为-27.5‰~-29.7‰, 不同生物之间平均值极为接近, 为-28.6‰~-28.9‰. 饱和脂肪酸和正构烷烃平均δ ¹³C值只相差1.5‰, 表明它们具有相似的生物合成途径. 不同碳数脂类碳同位素δ ¹³C值差异大都在±2.0‰之间, 反映了它们经过碳链拉长的生物合成特征. 同时, 将这些生物单体脂类碳同位素与该海区沉积脂类的进行对比研究, 建立了生物与沉积脂类的碳同位素成因关系, 为脂类碳同位素应用研究提供了科学依据.     

淮南采煤沉陷区积水水文地球化学及氢氧稳定同位素特征

以安徽淮南采煤沉陷积水为研究对象,通过样品采集与测试,研究不同沉陷年限及类型积水水文地球化学和氢氧稳定同位素组成特征及影响因素.结果表明：（1）研究区水化学类型主要为Cl-Na、HCO₃·Cl-Na型,沉陷积水中常量离子主要来源于蒸发岩溶解和硅酸盐风化,受蒸发作用和人为活动的影响明显,水化学组成随沉陷时间和类型变化不大.（2）淮南大气降水线方程为：δD=8.85δ¹⁸O+18.73,沉陷区积水氢氧稳定同位素值在淮南大气降水线右下方依次分布并接近降水线,表明沉陷积水主要来源于大气降水.（3）在降水稀释、水体蒸发及地下水补给的作用下,随着沉陷年限的增加,积水中重同位素越来越贫化,同一年限不同类型的积水同位素值变化较小.     

稳定同位素技术在地表水硝酸盐污染研究中的应用

地表水硝酸盐污染已成为全球面临的主要水环境问题之一,为了有效控制地表水中硝酸盐污染,确定地表水中硝酸盐的来源以及研究其在环境中的迁移转化过程就显得尤为重要.硝酸盐稳定氮(¹⁵N)、氧(¹⁸O)同位素作为一种有效的示踪技术在识别地表水中硝酸盐的来源及迁移转化过程中已得到了广泛的应用,但是硝酸盐在迁移转化过程中,¹⁵N、¹⁸O同位素会因为多种因素而发生分馏,同位素值发生变化使得这种技术的应用存在一定的局限性.本文系统总结了不同来源硝酸盐δ¹⁵N、δ¹⁸O值的组成特征及其影响因素,分析了在不同土地利用类型流域内,利用硝酸盐¹⁵N、¹⁸O同位素技术开展硝酸盐来源识别、负荷估算和反硝化作用评估的方法和研究进展.基于已有研究成果,提出在未来的研究过程中,一方面应以流域为单元,选择适当的研究方法并结合多种辅助指标研究多因素共同作用下NO₃^-污染源的δ¹⁵N-NO₃^-和δ¹⁸O-NO₃^-值的变化规律;另一方面应对比流域污染源详细的调查数据,分析现有负荷估算模型存在的不确定性,并构建合适的负荷计算模型;最后,应深入开展同位素在确定流域和河流中反硝化发生的范围、地点和程度方面的研究,特别是掌握河流系统中沉积物-水体中氮的循环过程.     

山东幔源岩浆岩的碳-氧和锶-钕同位素地球化学研究

系统研究了鲁西早白垩世碳酸岩、方城玄武岩、胶东白垩世煌斑岩、蒙阴古生代金伯利岩的碳-氧和锶-钕同位素组成特征. 古生代金伯利岩的碳氧同位素组成集中, δ¹³C和δ¹⁸O分别在&#8722;4.8‰~&#8722;7.6‰和+9.9‰~+13.2‰之间, 属正常情况, 而白垩纪3类岩浆岩的碳氧同位素则变化较大, 并暗示当时的地幔源区可能局部受到过含有机碳的地壳物质的混染. 白垩纪3类岩浆岩的锶钕同位素一致显示了EMII型富集地幔的源区特征, 暗示了再循环地壳物质对地幔源区的改造. 碳-氧和锶-钕同位素特征的系统对比显示, 华北东部克拉通下岩石圈地幔在早古生代、早白垩世、第三纪时期的特征互不相同, 表明该陆下岩石圈地幔自古生代以来至少经历了两次改造过程. 目前的资料暗示, 第1次改造过程可能主要发生在三叠纪-侏罗纪, 带有缓慢渐变的特征, 第2次改造过程主要发生在白垩纪, 显示为快速突变. 种种迹象表明, 华北东部早白垩世(尤其是120~130 Ma)可能是华北东部中生代动力学体制转折的关键时段.     

内蒙古高原岱海接受远程深循环地下水补给的环境同位素及水化学证据

利用环境同位素及水化学分析方法研究发现,岱海除了接受降水的直接补给之外,还接受泉水的补给.岱海周边泉水与井水的δD、δ¹⁸O值比当地降水明显贫化,泉水、井水显然不是来自于当地降水的补给;通过对岱海周边包气带土壤水中的氢氧稳定同位素分析发现,土壤水中的δD、δ¹⁸O值比当地降水值贫化,在地表埋深1 m附近,土壤中的盐分发生了累积,土壤水中的含盐量明显超过了土壤受蒸发所引起的增加量.研究表明岱海周边地区的大气降水不能入渗补给到潜水中,补给岱海的泉水不是来自于当地降水,而是具有同位素贫化特征的外源水.由此推断,在地层中可能存在一种地下水深循环的跨流域补给方式.在内蒙古高原地区,深循环地下水是维系湖泊不可或缺的补给源.     

贾湖遗址人骨的稳定同位素分析

古代人类食谱研究是生物考古的重要组成部分, 也是当前国际科技考古领域的研究前沿. 利用稳定同位素分析方法, 尝试揭示贾湖遗址先民的食物结构以及生活方式的变化. 人骨的骨胶原含量、C含量以及N含量, 尤其是骨胶原C/N摩尔比的分析表明, 28个样品中13个已经受到埋藏环境的污染, 不能用作食谱分析. 其余样品骨胶原的δ ¹³C((-20.37±0.53)‰), 表明先民主要以C₃类作为食物来源. 根据骨胶原中δ¹³C和δ ¹⁵N的不同，先民的食谱可划分为4类. 两者相关性的缺乏, 当与该遗址以农耕经济为主有关. 骨胶原δ¹⁵N和羟磷灰石δ¹³C纵贯整个文化段的变化, 反映了先民从狩猎转向采集、捕捞直至发展稻作农业和家畜饲养的改变. 而羟磷灰石中δ ¹⁸O则无明显变化, 揭示了该遗址气候较为稳定.