西峰黄土剖面碳酸盐变化及其古气候记录意义

在连续沉积的黄土剖面中蕴藏中丰富的古气候变化的信息,中国的黄土沉积一直以来是重建古环境演化重要的信息库.自20世纪80年代以来,研究者确立了各种古气候的替代性指标[1-2],黄土中的磁化率指示着夏季风强弱变化的重要替代性指标,黄土中风化程度主要受控于夏季的降水量和温度的变化,因此黄土中成壤程度与夏季风具有显著的关系.     

西峰剖面高分辨记录指标研究及古气候重建

对甘肃省西峰黄土- 红粘土剖面的夏季风替代性指标作了全面、系统的测试,包括磁化率、频率磁化率、碳酸盐、有机质和游离氧化铁的测定,并通过碳酸盐和磁化率值来初步恢复古气候变化特征。结果表明, 频率磁化率、有机质、游离铁和磁化率具有正相关关系,而碳酸盐变化与磁化率呈负相关,它们都可以很好地作为夏季风替代性指标。通过数学模型认为整个第四纪古气候变化大致可分为三个大的阶段：0~1.1 Ma BP,1.1~1.9 Ma BP和1.9~2.6 Ma BP。从0.1 Ma 以来,降水量和年均温都有降低趋势,说明气候向着越来越干冷的方向演化。     

黄土中碳酸盐含量变化及其古气候记录——以兰州红咀寺剖面为例

以兰州红咀寺剖面为例 ,以 2 cm的间隔采样 ,进行了碳酸盐含量的测定 ,获得数据 892个 ,与其它古气候指标 (磁化率、有机碳总量 )进行对比后揭示了该地区近 3 0× 10 3 a来气候变化的频率及突变事件。3 0× 10 3 a以来主要可以分为 4个阶段 :暖湿期(3 3× 10 3 ～ 40× 10 3 a B.P.)、凉偏干期 (3 0× 10 3 ～ 2 7× 10 3 a B.P.)、寒冷干燥期 (2 7× 10 3 ～ 10× 10 3 a B.P.)、暖湿期 (10× 10 3 ～ 3× 10 3 a B.P.) ,各阶段中气候快速变化明显     

渭南黄土剖面碳酸盐和铁变化的古气候记录

作者对渭南黄土剖面高密度连续采集的样品进行了碳酸盐和各种形态铁的系统分析。在研究黄土和古土壤中的碳酸盐和各种形态铁的变化及其影响因素的基础上，选择CaCO3丰度和Fe2O3／FeO值(铁氧化度)分别作为降水量和温度变化的替代性指标，游离Fe2O3/Fe2O3值(铁游离度)能反映成壤作用的程度。它们在剖面上的分布表明距今约142ka以来，该区的古气侯变化经历了六个大时期：(1)142-135kaB．P．，湿润转温；(2)135-73kaB.P.，温暖湿润；(3)73-52kaB.P.，寒冷干燥；(4)52-22kaB.P．，偏湿偏凉；(5)22-11kaB.P．，寒冷干燥；(6)11kaB.P.以来，偏湿偏温。碳酸盐和铁记录的古气候演化序列完全可以与深海氧同位素阶段以及大陆冰期-间冰期系列相对比。在各个大的气候周期中，次一级的气侯变化在曲线上也有良好体现。     

宁晋泊沉积剖面碳酸盐含量及其古气候意义

通过华北平原宁晋泊地区南王庄剖面的14C测年和碳酸盐环境指标分析,表明宁晋泊地区28ka以来的古气候变化可分为9个阶段1.大约28000～25000aBP(12.90、11.25m),气候温暖偏湿.2.大约25000～22700aBP(11.25～9.70m),气温较低,抑制蒸发,晚期温度略有回升,碳酸盐含量有增加趋势.3.大约22700～17200aBP(9.70～8.05m),抱粉组合反映气温寒冷,碳酸盐含量较低,相对湿度较大,晚期有变干的趋势.4.大约17200～10600aBP(8.05～5.60m),气候非常干旱,湖泊水体大量蒸发,湖面收缩,产生了大量碳酸盐沉淀.5.大约10600～2600aBP(5.60～4.00m),孢粉组合反映早期偏凉,后期气候温暖,降水充沛,流域生物繁盛,有机质富集.6,大约2600～2270aBP(4.00～3.67m),气候不稳定,变化频繁的特点.7.大约2270～850aBP(3.67～0.60m),碳酸盐含量平均12.55%,变化较大,显示了当时湖泊环境不太稳定.8.大约850～220aBP(0.60～0m),是剖面的最顶部,碳酸盐含量低可能是受土壤形成过程中淋滤作用的影响.     

内陆封闭湖泊自生碳酸盐氧同位素剖面的古气候意义

根据水体蒸发过程的同位素分馏方程，详细讨论了内陆封闭湖泊自主碳酸盐氧同位素剖面的古气候意义。计算结果表明，封闭湖泊水在蒸发过程中达到同位素组成稳定状态的时间小于二倍湖水平均滞留时间。因此，湖水同位素组成一般很快就达到与当时的气候环境相平衡的稳定状态，对气候环境的变化极其灵敏。湖泊自生碳酸盐的氧同位素组成则是湖泊汇水区气温、湿度和雨水同位素组成三者的函数。我国大部分地区夏季风盛行时期气候转暖，降水量     

黄土高原风尘序列的碳酸盐成因及其风化过程

碳酸盐是黄土高原风尘序列的主要组成部分,其含量与原生碳酸盐溶解、再沉淀,以及含钙硅酸盐化学风化强度等密切相关。碳酸盐在表生环境下极易移动,且其迁移变化受大气降水、温度等古气候所制约,因此黄土次生碳酸盐记录了古气候的重要信息。甘肃西峰赵家川剖面碳酸盐含量、磁化率的系统测定和风尘序列地质特征研究表明,在整个剖面中,碳酸盐含量和磁化率曲线呈显著的负相关,并从剖面上部到红粘土底部,碳酸盐含量有增加趋势。黄土、古土壤和红粘土沉积分别处在不同风化阶段:黄土化学风化最弱,处于钙质残积阶段,古土壤处于强烈钙质淋溶阶段和硅铝残积阶段,红粘土化学风化最强烈,处于硅铝残积阶段或红土化阶段;不同的化学风化阶段古气候性质有别。     

沉积物中冷水碳酸盐的古气候意义：以贵州草海两个钻孔剖面为例

本文以草海两个钻孔剖面的孢粉资料为佐证,讨论了该区晚上新世晚期以来不同气候条件下形成的沉积物中,CaCO_3等作古气候指示剂的可能性。研究表明:在大陆湖盆沉积区与溶蚀区(物源区)相距不远、沉积区没有远源物质加入的情况下,寒冷气候时期,沉积盆地的堆积物中CaCO_3的含量较高;而温暖气候时期沉积物中的CaCO_3含量较低。     

土壤碳酸盐的稳定同位素组成及其古气候指示意义

气候是土壤形成的要素之一,土壤形成过程中物质的分解、合成、迁移和累积等过程都留有气候变迁的记录。近几年来,土壤碳酸盐(特别是成壤作用过程中产生的次生碳酸盐)的稳定同位素组成已被用作反演古气候、古植被演替的重要手段,其基本原理在于土壤碳酸盐与成壤环境之间达到同位素平衡。但要求土壤碳酸盐形成后未受后期的成岩作用改造,     

平顶村剖面古气候变化记录

对河北省阳原盆地平顶村剖面的野外观察,孢偻分析及＾１４Ｃ测年,作者认为,该剖面的地质时代为晚更新世晚期至全新世早期。依据Ｆｅ＾３＋／Ｆｅ＾２＋值估计温度并结合ＣａＣＯ３含量分析,该区自晚更新世晚期至全新切早期,古气候经历了温凉湿润→寒凉偏干→寒冷湿润→温冷干燥的变化过程;     

卢氏盆地中始新世沉积序列自生碳酸盐及其古气候意义

始新世暖期可作为当代全球变暖的历史相似型,研究始新世气候变化及其机制对于理解现代气候变暖的幅度和速率具有重要意义。卢氏盆地位于中国中部秦岭东段,发育了连续的、富含碳酸盐矿物的始新世湖相沉积物,是重建始新世暖期陆地气候的良好材料。本研究在卢氏盆地郑家山-三角沟一带（34°04'N,111°10'E）采集了张家村组中上部和卢氏组的样品,采样层厚约288 m,共采集样品505个。根据岩石薄片镜下鉴定,卢氏盆地中始新世湖相沉积物物质组成以碳酸盐、粘土和粉砂为主,其中碳酸盐沉积为表生条件下封闭或半封闭淡水湖或微咸水湖化学作用自生成因。使用傅里叶红外光谱（FTIR）漫反射法测定沉积物碳酸盐含量,发现其与磁化率具有一定的负相关关系,分别指示了内源化学沉积和外源碎屑输入的贡献量,受控于流域蒸发量与降水量的共同作用,揭示了中始新世卢氏盆地的干湿变化。当流域更加湿润,即降水量增加（蒸发量减少）时,径流量相应增加,不利于碳酸盐沉淀而有利于外源碎屑输入,表现为沉积物碳酸盐含量降低、磁化率数值升高,反之同理。在已有年代框架的基础上,建立了卢氏盆地湖相沉积物碳酸盐含量时间序列,其记录了在中始新世气候适宜期（MECO）卢氏盆地较为湿润的气候环境,并且具有多旋回变化,与地球运动轨道的周期变化相关。

     

甘肃西峰赵家川黄土-红粘土剖面坡缕石分布及其古气候意义

自生坡缕石的形成可以指示着干旱、高蒸发量的环境。利用场发射扫描电镜(FE-SEM)和X射线衍射分析(XRD)对甘肃西峰赵家川红粘土剖面样品进行了系统研究。结果表明,坡缕石从2.04Ma开始广泛分布于整个红粘土剖面。坡缕石晶体在红粘土矿物碎屑中呈束状交织形态,其与周围矿物的接触关系说明是从古土壤溶液中直接结晶沉淀出来,因此是自生成因。赵家川剖面中坡缕石记录的信息与青藏高原隆升有着时代的耦合性,也与亚洲内陆干旱化有着密切的联系,佐证了青藏高原隆升对东亚季风的控制和风成堆积的重要控制,验证晚上新世黄土高原干旱化气候的开始,更新世干旱化进一步加剧。因此,坡缕石可以作为黄土高原干旱化气候的矿物学新指标。     

西峰、洛川黄土碳酸盐根茎体碳同位素分布特征及古环境意义探讨

以往对于土壤碳酸盐根茎体(CR)的形态和碳同位素分析表明其具有纯的生物成因源的特征,被用于指示不同大陆的高分辨率气候变化。为此,本研究选取了位于黄土高原中部的西峰和洛川黄土-古土壤序列,分别采集65个和22个样品。通过湿筛法(80目)分离后,在显微镜下通过细针挑选出根茎体样品进行碳同位素(δ 13C CR)的分析,并将结果与总有机质碳同位素(δ 13C TOC)、总无机碳酸盐碳同位素(δ 13C TIC)、总有机碳含量(TOC%)和磁化率(MS)等多指标进行对比分析。结果表明: 西峰剖面的土壤碳酸盐根茎体δ 13C CR值的变化范围为-8.6‰ ~-3.7‰,δ 13C TOC值的变化范围为-23.68‰ ~-19.47‰,δ 13C TIC值的变化范围为-8.65‰ ~-4.95‰; 洛川剖面的土壤δ 13C CR值的变化范围为-8.30‰ ~-3.58‰,δ 13C TOC值的变化范围为-23.28‰ ~-18.72‰,δ 13C TIC值的变化范围为-8.50‰ ~-3.78‰; 两个剖面末次冰期以来的δ 13C CR均没有完全响应MS,TOC和δ 13C TOC 的变化趋势,表现为在S0呈现相反的变化趋势,在L1呈现相似的变化趋势; 而与δ 13C TIC值在冰期-间冰期尺度上呈现一致的变化趋势和幅度。该结果表明西峰、洛川剖面碳酸盐根茎体碳同位素类似于总无机碳酸盐碳同位素,其影响因素可能较为复杂(如碳酸盐的淋溶迁移、植被的影响、原生碳酸盐等复杂因素的影响),特别是淋滤深度的不确定性。因此,在独立使用黄土碳酸盐根茎体δ 13C CR值来重建该地区的古植被(C4/C3)变化信息时要慎重。     

陆生蜗牛壳体碳酸盐团簇同位素组成及其古气候意义

碳酸盐团簇同位素是国际上新近开发的地质温度计,可以精确重建过去的温度变化。蜗牛壳体化石是研究古气候的理想载体,其种属组合和碳、氧同位素组成分析提供了丰富的气候环境信息。在此基础上,蜗牛壳体团簇同位素分析势必会为古温度定量重建提供强有力手段。然而,相关研究却开展得较少,值得我们投入更多的精力去推动该领域的发展。本研究首先介绍了碳酸盐团簇同位素及其制备和分析方法,以便古气候研究者对新兴研究手段有所了解。然后,对蜗牛壳体团簇同位素的研究历史与现状进行了梳理,指出了研究中尚存的不解问题,并对未来的研究进行了展望。总之,尽管野外采集蜗牛的团簇同位素温度系统地高于生长季温度,但二者之间存在较好的线性关系,所以蜗牛壳体团簇同位素可以用来重建蜗牛生长季节的环境温度。然而,在相同地点蜗牛壳体团簇同位素存在种属差异（如华蜗牛团簇同位素温度比巴蜗牛高3℃左右）,所以精确重建古温度需要建立属一级蜗牛壳体团簇同位素-温度转换方程。同时,通过团簇同位素温度和蜗牛壳体δ¹⁸O计算出的蜗牛体液δ¹⁸O可以反映降水的氧同位素信息,是研究古水文循环的重要指标。黄土地层中蜗牛壳体化石团簇同位素研究显示我国北方末次冰期的夏季温度要比现代低7~10℃左右。虽然该温度变幅有待进一步研究确证,但它们至少为冰期-间冰期温度变化提供了独立证据和有用参考。鉴于显口多点螺（Punctum orphana）化石在黄土地层中连续赋存且最可能被广泛用于古温度重建研究,我们未来可优先建立该种属蜗牛的团簇同位素-温度转换方程。

     

晚始新世-早渐新世渭河盆地古气候变化的碳酸盐记录

晚始新世-早渐新世转变期（约34 Ma,EOT）温度降低是新生代显著气候事件之一,对亚洲环境演变有深刻影响。本研究基于渭河盆地厚度为413.95 m的支家沟剖面34.89~31.51 Ma时段的河湖相沉积,获得高分辨率总碳酸盐、方解石含量变化序列,结合薄片及扫描电镜分析,尝试建立晚始新世-早渐新世渭河盆地气候和环境演变时间序列,探讨EOT期间渭河盆地古气候对全球温度变化的响应。镜下岩石薄片鉴定显示,沉积物粒度变化与岩相变化对应较为一致。34.89~33.89 Ma,高含量的总碳酸盐、方解石指示气候较为温暖干旱,沉积序列指示从滨湖相向湖泊三角洲相过渡;33.89~33.09 Ma期间,低含量的总碳酸盐、方解石指示气候偏凉且相对湿润,沉积环境为湖泊三角洲向滨浅湖过渡,水位逐渐上升;33.09~31.51 Ma,总碳酸盐、方解石含量变化与地层岩性变化有较好的一致性,此时沉积相为滨湖相,湖泊水位可能高于34.89~33.89 Ma,但低于33.89~33.09 Ma。结合全球温度变化序列,本研究认为渭河盆地始新世晚期-渐新世早期湿度变化可能受全球温度驱动的蒸发量控制,但明确的驱动机制有待进一步研究。

     

青藏高原东北部黄土次生碳酸盐氧同位素的古气候意义

黄土中含有较为丰富的碳酸盐,其中次生碳酸盐记录了成壤时期的气候和环境,可以用来重建古气候.测试了末次盛冰期和全新世早期青藏高原东北部乐都、中国东北和新疆巴音布鲁克黄土中次生碳酸盐的δ18O值,结果显示高原东北部这两个时期的δ18O值分别为-1.38‰和-5.58‰,比该地区现代季风气候条件下次生碳酸盐δ18O理论值分别高5.74‰和1.54‰.温度的差异不足以导致次生碳酸盐δ18O值如此幅度的变化.同时,末次盛冰期和全新世早期乐都地区黄土中次生碳酸盐的δ18O值比同时期黄土高原和东北地区等东亚季风区明显偏正约2.0‰~6.2‰,但其与新疆等西风区次生碳酸盐的δ18O相近.这些不同时期黄土中次生碳酸盐的δ18O值的分布特征及空间差异,可能反映东亚夏季风夹带的水汽可能不是青藏高原东北部末次盛冰期和全新世早期降水最重要的来源,而西风降水和（或）局部水汽蒸发循环对该地区的降水可能有重要贡献.青藏高原东北部黄土次生碳酸盐的δ18O值从末次盛冰期到全新世早期逐渐降低,这可能是由于气候由干冷向暖湿转变、有效湿度增加而导致的.有限的数据表明不同气候带（青藏高原东北部、东亚季风区和西风带）的黄土中次生碳酸盐氧同位素存在明显差异,它所代表的气候意义值得进一步的深入研究.      

16ka以来青海湖湖相自生碳酸盐沉积记录的古气候

研究了青海湖沉积物碳酸盐的组成、来源及其同湖水物理化学性质的关系,建立了文石饱和指数同温度和湖水Mg/Ca比值（可指示盐度）的关系,利用碳酸盐的组成探讨了青海湖16ka B.P.以来的古气候环境演化过程。结果表明,青海湖沉积碳酸盐大都是自生的,16ka B.P.以来沉积碳酸盐以文石为主。文石的高含量时段同暖湿气候相对应,低含量则同冷干气候相对应。15.2ka B.P.为末次冰期盛冰阶进入晚冰期的界限,晚冰期气候的冷暖波动频繁,幅度较小,13.4-13ka B.P.,11.6-12ka B.P.和11-10.4ka B.P.之间的冷颤动分别相当于老仙女木、中仙女木和新仙女木事件,12－13ka B.P.和11.6-11ka B.P.之间的暖期则分别对应于博令和阿勒罗得暖期。全新世初期（10.4-10ka B.P.)白云石含量的突然增高和文石的消失,可能同淡水快速补给前期盐度较高的湖水有关,反映了全新世开始时气温和降水的增加具有突变性的特点。全新世大暖期的鼎盛期,即6.7ka B.P.左右时湖水的盐度较低。6.7-4ka B.P.为气候转型过程中的冷暖和干湿的快速波动期。4ka B.P.以后碳酸盐含量急剧降低,气候逐步向冷干化方向发展。     

岩溶洞穴次生碳酸盐沉积铀及其同位素组成古气候环境研究进展

洞穴沉积铀含量及其同位素初始234U/238U[（234U/238U)0]变化均与过去气候环境变化关系密切。文章分别对石笋中U含量和(234U/238U)0的气候意义进行统计分析发现,多数研究认为洞穴沉积U含量和(234U/238U)0可能指示土壤湿度和有效降水变化。然而,不管是对洞穴沉积的U含量还是(234U/238U)0,其气候环境意义解读还存在两种观点。但无论如何,这些研究成果都显示了洞穴沉积的U含量和(234U/238U)0是研究过去气候环境变化的重要替代指标。在未来的研究中,除了土壤环境和过程,还应关注U来源的相对贡献变化和其他微量元素与U元素的关系。这一指标可能在对东亚地区的大气粉尘活动和冬季风演化、地表生物量的变化研究等方面发挥重要作用。      

岷江叠溪古堰塞湖沉积物碳酸盐碳氧同位素记录所揭示的古气候演化特征

距今近2万a来的古气候恢复越来越受到人们的重视，研究的方法途径也越来越丰富，利用沉积物碳酸盐碳氧同位素δ^18O、δ^13C值来反演古气候就是其中之一。文章利用古堰塞湖沉积物碳酸盐碳氧同位素记录对岷江上游叠溪古气候演化特征的初步研究表明，在距今约22000－9000年（约22KaBP-9KaBP)间该区古气候可分为7个阶段。各个阶段的古气候特征分别为：①约22kaBP-20kaBP，气候为冷干；②约20kaBP-17kaBP，气候为冷湿；③约17kaBP-14kaBP，气候为热干；④约14kaBP-13kaBP，气候为冷湿；⑤约13kaBP-11kaBP，气候为热偏干；⑥约11kaBP-10kaBP，气候为热干；⑦约10kaBP-9kaBP，气候为冷湿。