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。     

黄土碳酸盐的研究

黄土是过去气候变化研究的重要对象之一。黄土中的碳酸盐则是黄土研究的一个重要内容。黄土碳酸盐的研究涉及了对次生碳酸盐的辨识、碳酸盐的含量、碳酸盐中的碳氧同位素以及碳酸盐的Sr同位素及其它微量元素等内容。对前人在这几个方面的研究作一初步的归纳总结,包括次生碳酸盐的辨识和提取对解释古气候环境有重要意义;碳酸盐的含量可反映出黄土和古土壤之间的不同气候状况;根据碳酸盐中的碳氧同位素则能大体定量得到古温度以及古植被状况进而反映古降水情况;而Sr同位素及其它微量元素则能反映出当时的化学风化程度,指示季风的强弱变化。     

内陆干旱盆地新生代碳酸盐岩氧同位素的古气候意义

以柴达木盆地新生代湖相沉积作为主要研究对象,探讨内陆干旱盆地碳酸盐岩氧同位素的古气候意义。作者发现,内陆干旱湖盆碳酸盐岩氧同位素比值的变化,与深海氧同位素相似,也受矿物相、水体的温度和盐度控制,但主要受控于水体盐度的变化,即来自边缘山体的淡水供给和湖泊水体有效蒸发的状况,其次才是水体温度等因素的变化;在恢复内陆干旱湖盆古环境古气候演化规律方面,碳酸盐岩氧同位素记录有着极为重要的作用     

近800年来内蒙古岱海地区古气温的定量重建

根据对现代湖水、现生介形类壳体以及湖泊沉积岩芯中同一种属介形类壳体的Sr/Ca分析,利用现代湖水Sr/Ca与湖水盐度的关系,确定了不同沉积时期湖水盐度;其次,在室内模拟实验,建立了湖水盐度与湖水氧同位素的函数关系;结合²¹⁰Pb测定沉积速率和¹⁴C测年资料,利用沉积剖面的自生碳酸盐氧同位素及由湖水盐度推算的湖水氧同位素组成,定量恢复了不同时期的湖水温度,进而根据碳酸盐结晶时水温与年均气温关系推测了古气温。结果表明:在近800年内蒙古岱海地区的气温变化序列中,中世纪暖期、现代小冰期以及近百年增温均有明显表现。研究时段内,岱海地区中世纪暖期比当代30年的年均气温高1℃以上;在公元1240年左右突然降温过程表现特别突出,在其后约60年的时段内气温下降1.8℃;小冰期最大降温幅度2℃以上,大于华北其它地区。不同于我国西部古里雅冰芯的记录,岱海地区近百年增温程度仍没有达到中世纪暖期水平,预示气候变暖对我国西部地区的影响将大于东部。     

Paleolimnological investigations of anthropogenic environmental change in Lake Tanganyika: VII. Carbonate isotope geochemistry as a record of riverine runoff

Evaporation dominates the removal of water from Lake Tanganyika, and therefore the oxygen isotope composition of lake water has become very positive in comparison to the waters entering the lake. The surface water in Lake Tanganyika has remained relatively unchanged over the last 30 years with a seasonal range of +3.2 to +3.5 VSMOW. Water from small rivers entering the lake seems to have a ¹⁸O value between –3.5 and –4.0, based on scattered measurements. The two largest catchments emptying into the lake deliver water that has a ¹⁸O value between these two extremes. This large contrast is the basis of a model presented here that attempts to reconstruct the history of runoff intensity based on the ¹⁸O of carbonate shells from Lake Tanganyika cores. In order to use biogenic carbonates to monitor changes in the ¹⁸O of mixing-zone water, however, the oxygen isotope fractionation between water and shell carbonate must be well understood. The relatively invariant environmental conditions of the lake allow us to constrain the fractionation of both oxygen and carbon isotope ratios. Although molluskan aragonitic shell ¹⁸O values are in agreement with published mineral-water fractionations, ostracode calcite is 1.2 more positive than that of inorganic calcite precipitated under similar conditions. Ostracode shell ¹⁸O data from two cores from central Lake Tanganyika suggest that runoff decreased in the first half of this millennium and has increased in the last century. This conclusion is poorly constrained, however, and much more work needs to be done on stable isotope variation in both the waters and carbonates of Lake Tanganyika. We also compared the ¹³C of shells against predicted values based solely on the ¹³C of lake water dissolved inorganic carbon (DIC). The ostracode Mecynocypria opaca is the only ostracode or mollusk that falls within the predicted range. This suggests that M. opaca has potential for reconstructing the carbon isotope ratio of DIC in Lake Tanganyika, and may be a useful tool in the study of the history of the lakes productivity and carbon cycle.     

青海湖末次冰消期以来的湖面变化

青海湖是我国最大的内陆封闭湖泊,处在东亚季风、印度季风和西风带的交汇处,对环境变化敏感,是研究该区域及青藏高原环境变化的理想地点。前人基于其连续的湖相沉积物的多项环境指标与其四周湖成阶地、古岸堤以及表层所覆盖的风成沉积物的年代学研究,探讨了青海湖晚第四纪以来的湖面变化情况,取得了显著成果。然而由于测年材料和测年方法的不同,对于高湖面出现的年代问题依然存在着诸多争议。根据近年来已发表的测年数据、前人对青海湖湖面升降变化的研究结果和青海湖QH-2000孔介形类壳体δ18O的记录进行综合集成,构建了自14 ka以来的青海湖湖面变化曲线。在约14～12 ka,湖面在海拔约3 206 m,比现代湖面高12.3 m(以2010年3月湖面海拔3 193.4 m为基准);在约12～10 ka,湖面急剧下降到海拔约3 165 m,比现代低28.4 m;在10～9ka,湖面急剧上升到海拔约3 173 m;在9～6 ka,湖面相对稳定在海拔3 213 m;在6～4 ka,发生过一次干旱事件,湖面下降到低于现代湖面;在4～1 ka,湖面相对稳定在海拔3 193.7 m;在1 ka至今,湖面呈持续下降趋势。