湖泊化学碳酸盐与生物碳酸盐氧同位素组成差异的环境意义

湖泊生物碳酸盐形成于湖水底层,化学碳酸盐形成于湖水表层;处于湖积物同一层位的两种成因类型的碳酸盐氧同位素组成(δ18O)差异可能反映了二者形成时的环境差异,如湖泊不同深度的水温差异、碳酸盐质生物如介形类小生境水体δ18O值、两种成因碳酸盐形成的时间先后、湖泊表层水体蒸发情况等。在进行碳酸盐δ18O环境意义分析时,应分开测试生物碳酸盐和化学碳酸盐δ18O。     

青海湖介壳与无机碳酸盐氧同位素组成差异的环境意义

青海湖Q14B沉积物柱芯560~415 cm(约14.0~10.5 ka B.P.)段,介壳1δ8O高于无机碳酸盐1δ8O可能反映了此时青海湖表层水温高于底层水温;介壳1δ8O与无机碳酸盐1δ8O之间的较小差值可能揭示了此时青海湖水位很浅,气候干冷;介壳1δ8O变幅大于无机碳酸盐1δ8O变幅,则可能源于此时青海湖水位大幅度波动导致的底层水温变幅超过表层,以及无机碳酸盐1δ8O测自全碳酸盐所致。在利用湖泊碳酸盐1δ8O进行气候及环境变化研究时,有必要分别测试不同种属介形虫及不同无机碳酸盐矿物的同位素值。     

环境同位素记录中共生碳酸盐氧同位素分馏差值的影响

湖泊化学沉积碳酸盐δ18O是研究区域气候演变的重要环境指标之一。青海湖等闭流湖泊的研究结果证实,在对δ18O环境记录进行共生碳酸盐氧同位素分馏效应校正时,应依据具体情况,采用0-1‰的分馏差值。由高温实验结果推断出的常温分馏差值(4‰-7‰)不能被应用到自然条件下湖泊共生碳酸盐氧同位素分馏效应的校正。     

湖泊碳酸盐氧同位素记录的古温度定量研究

同位素地质温度计的概念一经提出,便被应用于海洋古水温恢复。该方法被部分学者运用到湖泊领域,利用湖泊碳酸盐氧同位素记录,对古湖水温做定量研究,进而定量反演古气温。在利用湖泊碳酸盐氧同位素记录进行古温度定量研究时,需要考虑如下因素:气温对湖泊碳酸盐氧同位素值变化的影响机制;介形虫Sr/Ca与古盐度的关系;湖泊沉积碳酸盐成因及种类鉴定等等,做了相应评述。     

湖泊沉积物中无机碳酸盐来源的确定

湖泊沉积物中无机碳酸盐可能具有多源性,包括源自湖泊流域的陆源碎屑碳酸盐和湖泊自生化学碳酸盐,二者对气候或环境的指示意义迥异,在利用湖泊碳酸盐进行古气候及古环境意义判读时,必须先进行碳酸盐来源的确定。针对前人不同的碳酸盐区分办法,进行了归纳和述评。     

湖泊自生碳酸盐氧同位素环境记录研究：（二）问题

对前人提出的湖泊自生碳酸盐氧同位素组成（δ18Oc）多种环境解释模型作了评述,指出了各种模型存在的局限性。提出在利用δ18Oc变化进行气候和环境变化研究时,需注意气温对湖泊δ18Oc的影响机制,湖水不同深度层的水温差异对化学沉积和介壳碳酸盐δ18Oc的影响δ18Oc和湖泊水位、降水δ18Oc、湖水盐度的关系,碎屑和自生碳酸盐矿物的分离,湖泊不同碳酸盐矿物间δ18Oc差值的确定,单矿物同位素组成的测试,不同前处理方法对δ18Oc测定的影响,以及碳酸盐沉积时的不平衡效应等问题。     

湖泊自生碳酸盐氧同位素环境记录研究：（一）环境解释模型

湖泊自生碳酸盐氧同位素组成(δ18OC)在区域气候与环境变化方面的应用研究近年来发展迅速,成果令人瞩目,保存在各类湖泊沉积物柱芯中的δ18OC记录揭示了湖泊水温乃至汇水区域气温,湖泊不同水深处的水温差异、湖泊水位、降水δ18O、冰川融水δ18O、湖水盐度等重要的气候和环境信息。对前人通过研究来自不同类型湖泊、具不同曲线形态的δ18OC记录提出的多种环境解释模型进行了归纳。     

青海湖碳酸盐氧同位素环境记录再认识

青海湖是我国内陆最大的闭流型水体,地处东亚季风和西风的交汇影响区,对区域降水的改变等气候变化反应敏感,其水位变化历史是研究区域季风环境演变极其宝贵和重要的环境档案。青海湖Q14B孔岩芯介壳δ18Oc变化曲线自1991年发表以来,受到国内外同行的广泛关注和继续探讨。依据近年来青海湖气候与环境演变研究的最新研究结果和个人对闭流型湖泊同位素地球化学的认识,对介壳δ18Oc变化曲线进行了重新判读并得出以下结论:14.5~10.5 ka B.P.,青海湖区气候已逐渐从干冷向温湿过渡,季风降水逐渐增加;10.8~10.5 ka B.P.,青海湖处于碳酸盐滩湖环境,湖水深度从几米演变到接近干涸;10.5~9.5 kaB.P.,季风降水增加;9.5~8 ka B.P,湖水位从此前的接近干涸演变到此间的2~8 m,δ18Oc值跌落到一个较低的位置;8~3.5ka B.P,气候条件相对稳定,湖水不断蒸发引起重同位素的富集;3.5~0ka B.P,湖水处于同位素稳定阶段。研究结果还显示,δ18Oc值的短期波动与湖泊水位短期变化关系密切且明显,即水位高低分别对应δ18Oc的低值与高值。δ18Oc值的长期变化与湖泊水位长期变化关系不明显,水位较浅时,二者几乎无关联;水位较深时,水位的长期缓慢下降自然会导致δ18Oc逐渐攀升,而水位的长期缓慢上升也可以伴随δ18Oc逐渐攀升。     

黄土碳酸盐古气候意义及其研究展望

碳酸盐是黄土中的主要矿物,是黄土—古土壤序列中含量变化最显著的矿物之一,其在表生环境下极易移动,并且它的迁移变化受大气降水、温度等古气候因素制约,在黄土高原风尘堆积序列的古气候研究中具有极其重要的意义,其变化能够较好地反映古季风的演变规律。黄土—古土壤中碳酸盐的含量变化和东亚夏季风降水的强度密切相关,碳酸盐矿物中白云石和方解石的存在与否及淋失深度对夏季风演变同样有很好的指示意义。稳定同位素δ¹⁸O可以作为夏季风的代用指标,指示成壤时期环境中的古温度;δ¹³C值表现出在黄土层中高,而在古土壤层中低,因此碳酸盐δ¹³C值可能更多反映了植被发育程度。碳酸盐中Sr同位素能够反映风化作用的强弱,而去除碳酸盐后的Sr同位素则能更好地反映成壤作用的强度和判别风尘物质的来源。与其它季风气候替代性指标相比,酸溶相中的δ¹¹B值变化与降水有直接关系,可以很好地作为夏季风降水指标。非传统稳定同位素Li、Ba和Fe有应用于黄土研究中,但目前的研究表明它们对气候环境暂无较好的指示意义。     

中国西北干旱区不同粒径表土碳酸盐含量及碳、氧同位素组成

通过对我国典型干旱区表土分粒级样品的碳酸盐含量及其碳氧同位素的测试,结果显示:我国西北干旱区表土不同粒级样品的碳酸盐含量以及碳氧稳定同位素组成存在较大的差异。随着粒径的减小,碳酸盐含量逐渐升高,氧同位素逐渐偏正,碳同位素逐渐偏负。可以认为细颗粒组分中土壤次生碳酸盐相对比例大,而粗颗粒组分中原生碳酸盐相对占优势。而次生碳酸盐氧同位素可能受蒸发的控制,碳同位素更多的受植被的影响,所以表现出细颗粒组分较粗颗粒组分碳酸盐的氧同位素更偏正,而碳同位素更偏负。因此,干旱区表土细颗粒组分碳酸盐能更好地反映成壤过程中次生碳酸盐形成时期的气候环境信息。     

Investigating Late Holocene Climate Variability in Central Mexico using Carbon Isotope Ratios in Organic Materials and Oxygen Isotope Ratios from Diatom Silica within Lacustrine Sediments

Previous studies have shown that moisture availability in the central highlands of Mexico during the last 3000 years has been highly variable, but evidence remains ambiguous since the climatic signal is partially masked by that of human activity. Here we use two isotope systems to provide evidence for environmental change in Laguna Zacapu, Michoacán covering this time period. Carbon isotope ratios of organic material suggest that there have been fluctuations in the carbon pool related to plant productivity, possibly as a result of changes in the abundance of aquatic plants around the lake margins. The drainage basin and lake have been managed intensively during the 20th century. Lake level apparently fell during the early part of the century, but has been artificially controlled since the 1950s. The oxygen isotope ratios from diatom silica should provide the more unambiguous climate signal, although we show that the interpretation of the diatom oxygen isotope record is far from straight forward. Zacapu is a spring-fed, non-evaporating system and changes in δ¹⁸O_diatom are likely to be a function of changes in δ¹⁸O of precipitation, due to either temperature and salinity variation in the Gulf of Mexico (associated with changes in the Bond cycles from the North Atlantic or the Loop current from the Carribean) and/or changing moisture contributions from different air masses (Gulf of Mexico vs. Pacific). Changes in the Gulf of Mexico are possibly at a resolution comparable to the periodicity we see in the δ¹⁸O_diatom record, although without better dating the comparison is speculative.