大洋有孔虫中硼同位素研究与大气pCO2的重建

大气二氧化碳浓度(pCO2)的变化在全球气候演化中起着重要的调节作用,重建古大气pCO2的变化历史,有助于预测和研究未来的全球气候变化。大洋有孔虫中的硼同位素比值能够反映海水酸碱度的变化,从而为重建大气二氧化碳浓度的变化历史提供了一种新的手段。文中首先简要回顾硼同位素的研究现状,利用硼同位素重建大气二氧化碳浓度变化的原理依据,在此基础上,测试分析了西赤道太平洋806孔全新世和末次冰期最盛期Globigerinoides ruber样品中的硼同位素,得到该地区全新世和末次冰期最盛期大气二氧化碳体积分数分别为(276.7±24)×10-6(2s.d.)和(178.4±16)×10-6(2s.d.),与极地冰心记录吻合得很好。大洋有孔虫中的硼同位素是一个非常有潜力的古海水酸碱度替代指标。     

大洋有孔虫中硼同位素研究与大气pCO_2的重建

大气二氧化碳浓度(pCO2)的变化在全球气候演化中起着重要的调节作用,重建古大气pCO2的变化历史,有助于预测和研究未来的全球气候变化。大洋有孔虫中的硼同位素比值能够反映海水酸碱度的变化,从而为重建大气二氧化碳浓度的变化历史提供了一种新的手段。文中首先简要回顾硼同位素的研究现状,利用硼同位素重建大气二氧化碳浓度变化的原理依据,在此基础上,测试分析了西赤道太平洋806孔全新世和末次冰期最盛期Globigerinoides ruber样品中的硼同位素,得到该地区全新世和末次冰期最盛期大气二氧化碳体积分数分别为(276.7±24)×10-6(2s.d.)和(178.4±16)×10-6(2s.d.),与极地冰心记录吻合得很好。大洋有孔虫中的硼同位素是一个非常有潜力的古海水酸碱度替代指标。     

有孔虫中硼的分离及其同位素组成测定的初步研究

本文初步建立了一种用硼特效树脂和阴、阳混和离子交换树脂相结合进行有孔虫中硼的分离和同位素测定的方法。该方法适用低硼含量 (纳克级 )的微体古生物中的硼的分离和同位素测定 ,分离过程不产生同位素分馏 ,满足了正热电离质谱法测定硼同位素的要求。     

南海北部天然气水合物远景区末次冰期以来底栖有孔虫稳定同位素特征及其影响因素

底栖有孔虫碳同位素负偏移是地质记录中天然气水合物释放的重要证据之一.对南海北部西沙海槽和东沙陆坡等天然气水合物远景区XH-27PC和DS-4PC柱状样分别进行顶空气甲烷含量分析、有机碳含量分析、粒度分析和有孔虫氧碳同位素分析.结合碳酸盐含量及AMS 14C 测年,揭示研究区末次冰期以来底栖有孔虫的稳定同位素特征.结果显示: 西沙海槽BSR区沉积物中甲烷含量较低; 底栖有孔虫碳同位素负偏不明显,与顶空气甲烷含量呈弱正相关(R=0.32),与有机碳含量有强负相关(R=-0.82),说明低通量甲烷不足以引起底栖有孔虫碳同位素显著偏移,在无甲烷或甲烷轻微渗漏的环境中有机碳的厌氧氧化是影响底栖有孔虫碳同位素组成的主要因素.东沙陆坡BSR区沉积物中含有大量的甲烷气体; 底栖有孔虫氧同位素记录在末次冰期异常偏重,可能与天然气水合物的分解释放有关; 同时可识别出多期碳同位素快速负偏事件,其成因很可能是末次冰期海平面下降导致海底沉积物的温度、压力条件发生变化,从而引发水合物甲烷失稳分解,底栖有孔虫吸收富 12C的甲烷源碳致使壳体碳同位素负偏移.     

壳体大小对浮游有孔虫生物地球化学记录的影响

在浮游有孔虫壳体稳定同位素及Mg/Ca和Sr/Ca值的相关研究中,人们常因各种原因而选择不同粒径的壳体进行分析测试,而很少注意壳体大小可能导致研究结果的分歧。针对这一问题,本文分析了位于低纬度海区钻孔中不同粒径的Glo-bigerinoides ruber(白色,sensu stricto)和Pulleniatinaobliquiloculata壳体,结果表明G.ruber壳体的δ13C值受壳体大小的影响最为强烈,表现为正相关关系,不同粒径壳体的δ13C绝对平均差值可达0.48‰±0.12‰和0.25‰±0.09‰;P.obliquiloc-ulata400μm与315~400μm和250~315μm壳体Mg/Ca值的差异相当于1.8℃的海水温度;相对而言,G.ruberδ18O和Mg/Ca值以及P.obliquiloculataδ13C受壳体大小的影响较小,但它们的Sr/Ca值与壳体大小的关系不显著。本文推测,壳体大小相同时厚重的壳体可能成壳速度较快,相对优先吸收轻的同位素,且壳体Mg/Ca值可能更接近周围海水的水平。据此,本文认为较大个体P.obliquiloculata的壳体分泌可能与周围海水达到了平衡分馏。     

海水蒸发时的硼同位素分馏

采用立式亚沸石英蒸馏器，在非流动条件下进行了海水蒸发实验，以研究海水一空气界面硼同位素的行为。将具有不同pH值的天然海水在不同温度下平静地蒸发，采用冷水收集海水蒸汽，实现了无流动空气的真实的蒸发过程，共进行了3种类型的实验。 实验1 将不同pH值（(7.71-8.49)的海水在27℃，33℃和40℃下蒸发，蒸发时连续地补充高纯水以维持蒸发液体的体积恒定。收集海水蒸汽，进行蒸汽的硼同位素组成、硼和氯浓度的测定。 实验2将天然海水在33℃下蒸发，蒸发时不补加高纯水．搏派承药蒸干。分捌收集海水蒸汽和蒸干后的固体盐，进行蒸汽和固体盐的硼同位素组成测定。并同时测定不同蒸发阶段海水的pH值。 实验3 将加人不同硼量的天然海水在40℃下蒸发.蒸发时连续地补充高纯水以维持蒸发液体的体积恒定，收集海水蒸汽，进行硼同位素和硼浓度的测定。 硼浓度的结果表明：①在实验1中，蒸汽的硼浓度变化范围是1.51-10.7 μg/L，平均值为5.16 μg/L，随海水pH值升高而降低，但与蒸发温度无关；②在实验2和3中蒸汽硼的浓度要远远高于实验1，而且蒸汽硼浓度与海水硼浓度具有线性的正相关关系；③蒸汽相的Cl/B比（摩尔比值：平均23.4)远远低于海水的Cl/B比（摩尔比值：1485)，这表明蒸发时没有将海水喷雾的细珠引人蒸汽中。 硼同位素结果表明： (1)在实验1中，蒸汽的δ11B值除一个以外均低于海水B(OH)3的δ11B值，而高于海水B(OH)4-的δ11B值，而且都比海水的δ11B值高，蒸汽与海水间的平均硼同位素分馏系数为1.0019，这表明在海水蒸发时，11B富集在蒸汽相中。此结果与以前所进行的硼溶液蒸发实验结果一致，但与以前所进行的海水蒸发实验结果完全相反。以前的海水蒸发实验结果表明，10B在蒸汽相富集。这种截然相反的结果要归结于蒸发条件的差异，以前蒸发的海水蒸汽是由流动空气带出，此时非平衡的动力因素将起到重要作用，造成质量轻的10B优先进人蒸汽相。而本次实验在非空气流动条件下进行，B(OH)3和B(OH)-4间的同位素平衡将起主导作用。显然，燕汽的δ11B值与海水的pH值没有明显的关系。 (2)在实验2中，蒸汽与海水间的硼同位素分馏系数要远远高于实验1，特别当海水蒸干前的500 mL蒸汽，分馏系数高达1.0182。而蒸干后的固体盐的δ11B值明显低于原始海水，分馏系数为0.9973。这充分表明，在海水蒸发时，11B优先被蒸发而进人燕汽相。海水蒸发时蒸汽相的δ11B值随蒸发程度呈平方指数形式增加，这与蒸发时残留海水的δ11B值急剧升高有关。 (3）实验3中，蒸汽的δ11B值随海水硼浓度的增加而升高，当硼浓度为19.7 μg/mL和63.5 μg/mL时，硼同位素分馏系数分别为1.0072和1.0107。 海水蒸发时的硼同位素分馏可用于对大气降雨硼来源的研究。在不同时期采集的西宁雨水的δ11B值为12.1‰和9.0‰，受风向的影响甚微，表明西宁地区的大气环境受海洋影响较小，大气中的硼主要来源于陆地。但南海西江石油平台大气降雨的δ11B值明显受风向所控制，高δ11B值（33.2‰）表明其海洋来源，而低δ11B值（8.4‰）表明其陆地来源。以往文献所报道的陆地及其沿海大气降雨的δ11B值变化范围很宽(0.8‰~35‰)，但是它们都低于海水的δ11B值，这表明陆地及其沿海大气中的硼主要来源于陆地。 海水中的硼将因洋壳低温蚀变、沉积物吸附以及生物碳酸盐共沉淀从海洋中迁出，这些过程均造成海水10B的贫化。惟独海水蒸发时会造成海水10B的富集，但由于此时硼同位素分馏小，而且与其他因素相比，被海水蒸汽迁出的硼量低，根据计算，海水燕发对古海洋硼同位素组成的影响完全可以忽略不计。     

全新世和末次间冰期北大西洋底栖有孔虫氧同位素对比的探索研究

北大西洋（特别是亚极地海区）是对全球气候变化响应最敏感的区域之一,也是全球气候变化研究关注的焦点之一。地质记录和模拟研究指出末次间冰期（MIS 5e）全球地表平均温度比全新世（Holocene）高约1℃,因而可以作为未来全球变暖趋势的历史对照,但目前北大西洋水体温盐变化在这两个时期的对比研究仍然较少。底栖有孔虫氧同位素作为古气候研究常用的指标,与冰量、温度和洋流变化紧密相关。本文统计并对比了北大西洋47个深海沉积物钻孔MIS 5e和全新世的底栖有孔虫氧同位素数据,发现研究区不同深度、不同纬度的数据在这两个间冰期具有系统的差异。MIS 5e氧同位素平均值和极低值比全新世系统性偏轻0.08 ‰,反映了陆地冰量变化对整个区域的影响,且深水温度整体可能比全新世偏高。氧同位素时空分布表明北大西洋中层水（1~2 km）全新世和MIS 5e的有孔虫氧同位素差值（> 0.2 ‰）比深水（> 2 km）更显著,可能记录更大的温度变化幅度,而1.5 km之上MIS 5e氧同位素值变重（平均重约0.36 ‰）则主要响应了大洋环流的变化。此外,高纬地区（45°N以北）深水底栖有孔虫氧同位素值在MIS 5e系统性偏轻约0.12 ‰,比中低纬（0°~45°N）深水变化更显著,可能反映高纬深水变暖程度更高,与海表温度重建和模拟结果相吻合。因此,联合多钻孔的底栖有孔虫氧同位素是分辨区域古海洋变化的有效手段,在未来气候变暖中北大西洋高纬和中层海域的变化是气候模式需要重点关注的区域之一。

     

晚中新世西太平洋暖池的浮游有孔虫和氧同位素证据

浮游有孔虫深水种Globoquadrina dehiscens于10Ma左右从西太平洋和南海绝灭, 要比其他地区早大约3Ma.伴随这一事件还见以表层暖水种增多而深水种大幅度减少为主要特征的生物群变化.古生物和氧同位素结果指示当时表层水变暖和温跃层变深, 我们认为是与早期西太平洋暖池的发育有关.该种在西北和西南太平洋呈阶段性消失也说明暖水堆集比赤道区更强, 尽管印尼海道在晚中新世已大为变窄, 穿越印尼海道的径流可能尚保持较高的通量水平而使赤道区暖水堆集不特别明显.南海的浮游氧同位素值通常比开放西太平洋的低, 也说明中新世时期的上层海水环境与现代相似, 都是暖池边缘区比中心区变化大.暖池边缘区水体环境多变和温度梯度较高可能是受季风的影响, 结果造成深水种的降低和G.dehiscens提早从南海地区绝灭.      

陆相断陷盆地的构造层序地层分析

海洋浮游有孔虫中的硼同位素能够反映海水酸碱度的变化,从而为重建大气二氧化碳浓度的变化提供了一种新的手段,有望提供目前极地冰心记录所无法企及的百万年甚至千万年时间尺度上的大气二氧化碳浓度的变化。最近,海洋浮游有孔虫硼同位素的研究在实验分析技术(负热电离质谱法)、实验室偏差、同位素分馏系数、海水硼同位素长期变化以及各种次要因素等方面都取得了长足的进步,尤其是全蒸发负热电离质谱法的建立使硼同位素分析的样品需求量降到纳克级以下。不过,尽管海洋浮游有孔虫中的硼同位素作为大气二氧化碳浓度的替代指标很具有潜力,但还需要进行更加深入地研究。     

The boron isotopic paleo-pH indicator-A theoretical re-evaluation

larger value of 1.033 instead of 1.0194.     

Glacial-interglacial changes in the surface water characteristics of the Andaman Sea: Evidence from stable isotopic ratios of planktonic foraminifera

Stable carbon and oxygen isotopic analyses of the planktonic foraminifera (Globigerinoides ruber) from a deep sea sediment core (GC-1) in the Andaman Sea show high glacial-to-Holocene δ¹⁸O amplitude of 2.1%o which is consistent with previously published records from this marginal basin and suggest increased salinity and/or decreased temperature in the glacial surface waters of this region. A pulse of¹⁸O enrichment during the last deglaciation can be attributed to a Younger Dryas cooling event and/or to a sudden decrease of fresh water influx from the Irrawady and Salween rivers into the Andaman Sea. High δ¹³C values observed during the isotopic stages 2 and 4 are probably due to the enhanced productivity during glacial times in the Andaman Sea.     

Mineral Chemistry and Boron Isotopic Composition of Tourmaline from the Devonian Metallogenic District of Shanyang-Zhashui,Eastern Qinling

Toumaline is widespread in the host strata of strata-bound base metal sulphide deposits in the Devonian metallogenic district around Shanyang-Zhashui in eastern Qinling. As a member of the schorl-dravite series, the tourmaline is characterized by Mg > Fe and Na > Ca, showing apparent chemical zonation which records the geochemistry during its formation and subsequent regional metamorphism and hydrothermal overprint. The close similarity in chemical and isotopic constitutions between the tourmaline of the main metallogenic epoch in this district [FeO/(FeO + MgO)=0.34 − 0.39 and δ¹¹B=−7.6‰ − − 8.8‰] and those related to massive sulphide deposits typical of submarine (exhalative) hydrothermal sedimentation may add further support to a similar mechanism of mineralization for the strata-bound deposits in the district. Supported by the Foundation for Young Scientists under the National Natural Science Foundation of China.     

黄河上游末次冰盛期古洪水事件的初步研究

洪水的发生规律是洪灾预报的前提，已有的人类洪水记录时间尺度，不足以认识和把握洪水的出现规律。因此，利用地质记录延长洪水序列，探讨地球特征气候期的洪水特点，就显得非常重要的必要。黄河上游兰州－银川段的洪水地质记录表明，在末次冰盛期的20－18ka，该区共发生了106次大洪水漫滩事件，其中有18次为多次洪峰叠加的复合型大洪水，洪水的发生频率达53次/ka。发生于末次冰盛期的大洪水可能属冰凌洪水，与末次冰盛期强烈的气候波动和不稳定有关。这些大洪水的频发与中国西部的末次冰盛期出现的高湖面相对应，既不符合一般的季风气候理论，也不同于我国东部广大地区末次冰盛期以冷干为主的气候特点，表明中国西部气候的独特性和复杂性。     

Evidence of reworking and resuspension of carbonates during last glacial maximum and early deglacial period along the southwest coast of India

A gravity core collected from the upper slope of southwest of Quilon at a water depth of 776 m (Lat: 8°12′263″N, Long: 76°28′281″E) was analysed for texture (carbonate free), calcium carbonate and organic carbon. Variation in silicic fraction seems to be controlled by silt, i.e., enrichment from 15 ka BP to 10 ka BP and then constant in Holocene. Below 15 ka BP, the silicic fraction gets depleted compared to the Holocene section with a minimum around 21 ka BP. Clay content remains nearly constant except in the Holocene where it shows an enrichment. Carbonate content of less than 63 micron when computed by subtracting coarse fraction content from the total carbonate suggests that the total carbonates are mainly concentrated in the finer fraction. All these carbonate phases show an inverse relationship with silicic fraction except in Holocene. Below 15 ka BP, CaCO₃ dominates in sediments comprising more than 65%, such an increase is also seen in the coarse fraction. Coarse fraction from these sections contains abundant nodular type aggregates encrusting small forams. This period is marked by a high sedimentation rate comparable to Holocene. These parameters suggest that the productivity and precipitation have increased in the Holocene due to the intensification of the southwest monsoon. During the last glacial maximum and early deglacial period the high sedimentation rate indicates redeposition of the carbonates from the existing carbonate lithofacies situated between Quilon and Cape Comorin probably due to the slope instability.     

盐湖硼、锂、锶、氯同位素地球化学研究进展

盐湖作为盐矿资源的重要载体和富集区,探讨其矿物质来源及富集规律,不仅为盐湖的形成、演化及成盐成矿规律研究奠定了基础,也为盐湖资源评价及合理的开发利用提供了科学依据,具有重要的理论和现实意义。近年来,随着同位素地球化学的发展,同位素在盐湖领域的研究成果也日益丰富,使盐湖研究的深度和广度也得到快速发展。文章简要概述了硼、锂、锶、氯同位素的分馏机理及其在盐湖研究领域的发展历程,重点介绍了国内外取得的主要成果和最新进展,探讨了存在的问题,以促进硼、锂、锶、氯同位素地球化学研究在中国盐湖领域的进一步发展。     

黄土-古土壤沉积物中酸溶相硼的分离及其同位素测定

用０．５ｍｏｌ／ＬＨＣｌ提取黄土、古土壤中的酸溶相成分,并用混合树脂法和硼特效树脂法两方法叠加以硼进行分离和纯化,Ｃｓ２ＢＯ２＾＋法测同位素比值。结果表明,虽然混合树脂法和硼特效脂法都是较成熟的方法,但用来处理杂质离子含量相对高而硼含量低的样品深液并不成功。两种方法叠加处理后达到理想的效果,重复处理黄土－古土壤样品的精度（２ＲＳＤ）在０．４‰～０．４‰之间,这与标样（ＮＩＳＴ ＳＲＭ９５１）水平（     

冲绳海槽末次盛冰期孢粉组合的古环境指示意义

冲绳海槽西陆坡末次冰期的高沉积速率为高分辨率研究提供了良好的材料,DGKS-9602钻孔通过氧同位素年代对比,总长931cm的岩心保存了相当于氧同位素阶段1～3的沉积记录．孢粉分析的结果表明,OIS1和OIS三阶段松属花粉含量占优势,平均含量达65％以上,而OIS2阶段松属百分含量明显降低,草本植物花粉含量增加,超过50％．松属与蒿属等草本花粉间的相互消长指示了海平面的升降,并与氧同位素曲线的变化趋势相似．末次盛冰期中国东部大陆架覆盖的植被以草地为主,由于冲绳海槽在末次盛冰期时的绝大部分沉积物质与大陆架的剥蚀作用有关,来自长江中上游山地较远距离带来的物质和山地花粉相对减少．与中国东部尘土花粉结果对比发现,现代东海表层蒿属与禾本科比值（A／P）所指示的纬度正好与长江中下游平均纬度相当,而冲绳海槽末次盛冰期的A／P比值所指示的陆地环境比现代高7个纬度,证明末次盛冰期植被带南移,与前人陆地记录的结果相吻合．