湖北清江榨洞石笋中可溶硅的测定及其古气候意义研究

洞穴石笋蕴含着丰富的古气候信息，其正确解译有赖于各类古气候替代指标的开发，应用改进的硅钼兰分光光度法测定湖北清江榨洞石笋中痕量可溶硅，探讨其古气候指示意义。结果表明，石笋中可溶硅含量记录了岩溶地下水的硅酸组成，后进反映了气候控制下土壤的化学风化作用。因而，石笋可溶硅是一个潜在的古气候（特别是古湿度）替代指标。     

中国南方发现大型文石笋

中国南方大量石笋剖面研究表明,石笋矿物组成有方解石、文石、方解石-文石三种类型。石笋沉积纹(微)层结构构造特征大同小异,但是文石石笋的放射状纹(微)层构造更显著。文石石笋沉积生长的气候环境是滴水多而稳定,水温低、气温略高的冷、湿的洞穴气候条件。文石转变为方解石常保留文石的针状、柱状晶形,并存在于石笋沉积生长的始终。文石结构构造转化在常温或低温、常压或低压下自调整作用的成晶成岩环境进行,其强度取决于所在洞穴气候环境、滴水在石笋的渗流和石笋的含水度。转化作用不影响同位素分馏,石笋同时全面记录古气候环境信息。研究文石石笋对重建古气候环境、成岩成矿作用都有重要理论和实践意义。     

洞穴石笋纹(壳)层层组类型研究

石笋是洞穴碳酸钙沉积的典型滴石类型,也是岩溶记录中最全面、最系统的古气候环境信息载体,随着高分辨率测年技术和测试方法的提高,它在重建古气候环境方面具有重要的意义.石笋沉积纹层的组合、厚度、粒度和层面构造等,是恢复成笋滴水动态及相关古水文条件的物质基础,其中不少古气候环境信息,具强烈直观感,聚集物证、形象地记录于石笋剖面中,易观测研究.通过大量石笋纵剖面观测和系统的同位素组成、微(痕)量元素、特征性纹层的分析研究,证实石笋沉积纹(壳)层具韵律性组合和沉积旋回性及其古气候环境显示.首次提出石笋具叠锥型、叠柱型、叠锥叠柱复(组)合型纹(壳)层组和连续性、旋回性、间断(歇)性叠复纹(壳)层层组类型的沉积构造,并阐述各自的特征、滴流水动态和气候环境演变特征。     

石笋生长直径的测定及其在古气候重建中的应用

石笋是第四纪陆地气候重建的良好信息载体,对了解过去气候和环境的演变十分重要。中国石笋具有生长相对连续,年代准确,信息丰富等特点,为全球季风及其长期演化提供了不可多得的视窗。基于石笋而开发了一系列气候替代指标,如δ18O、δ13C、微量元素及其同位素组成、有机化合物及其同位素组成、生长速率等,在石笋古气候重建中得到广泛的应用。但是,作为石笋形貌学的基本特征,对石笋的生长直径及其对气候变化的指示意义却鲜有报道。本研究中,作者首先提出一种测定石笋生长直径的方法,然后利用该方法测定了湖北清江和尚洞HS4石笋顶部35 cm的石笋生长直径,并与研究区的气温和洪涝频率记录进行比较,探讨石笋生长直径对气候变化的响应。研究表明,通过纹层的识别和不同深度上纹层宽度的测定而建立的指数回归法较好地表征了石笋的生长直径,适合于一些具有明显纹层的石笋直径测定。HS4石笋的实际生长直径比理论计算值偏小,可能与洞穴结构有关;高的落差增加了岩溶滴水的冲力,水滴飞溅而导致有效水量的损失,即滴水的有效体积减少,石笋直径偏小。与温度相比,降水对石笋直径的影响更加显著,因而石笋直径是一个有效降水的替代指标,有望在石笋古气候的研究中得到应用。      

洞穴石笋纹(壳)层构造类型研究

在大量大型石笋纵剖面观测研究的基础上,提出洞穴石笋成因形态分类,首次确立石笋纹(壳)层组合构造分类方案;阐明叠锥、叠柱、叠锥柱复合和叠锥柱彼此间夹复合等构造类型及类型中的拱凸、拱凹、水平、平凹等纹层(组)层面构造亚类的组成特征;指出有关构造类型和亚类是成笋时段洞顶滴水、滴流水水量和流态动态特征与过程的踪迹,纹(壳)层及其构造也是洞穴内外气候环境及洞穴(道、厅)地质、水文条件等制约因素的综合反映。      

中全新世持续近600年的湖北神农架石笋年纹层*

根据湖北神农架青天洞QT9石笋ICP-MS测年和纹层计数结果,建立了约6.7~6.1kaB.P.期间连续发育近600年石笋年纹层时间序列。年纹层厚度平均300μm,在数十年尺度上,变幅达350μm。在紫外、透射和反射3种光照条件下,年纹层呈现基本对应的季节性反差特征。年纹层厚度与原始灰度序列在数十年尺度旋回上呈现较为一致变化规律,表明暗色物质与年层生长速率共同响应于某一洞穴气候环境因子。基于中国东部不同气候期洞穴石笋年层具有的显微结构共性研究,推测这一共性是洞穴外部气候要素与洞穴内部环境耦合作用的结果。年层厚度与原始灰度两个序列的功率谱分析揭示50a,24a,9.1a以及2~7a等周期成分,其中,5.9a,4.2a和3.3a共同周期的存在,暗示中全新世存在不同频率的ENSO事件。     

洞穴碳酸盐有机质荧光发光特征研究及其展望

洞穴碳酸盐是洞穴滴水沉淀的结果,其有机质的荧光性质响应于外界气候与生态环境的高频率、周期性变化,是高分辨率反映气候- 环境变化的有效手段。本文详细分析了洞穴碳酸盐荧光物质的组成、来源及影响其荧光光谱的因素,并总结了其分析方法; 回顾了国内外在洞穴碳酸盐荧光发光性的古气候- 环境研究方面的应用,并对其将来的发展方向作了展望; 认为洞穴碳酸盐发光微层及其光谱特征形成机制的现代过程、微层层内物质组成,以及土壤、植被、气候三者响应关系是值得今后进一步加强研究的主要内容。      

石笋氧碳同位素古气候代用指标研究进展

洞穴石笋以其独立的绝对年龄和稳定的古气候代用指标而成为很好的陆地古气候研究材料。应用U 系定年,可以获得独立精确的日历年时间序列,结合年纹层统计,可以获得年际甚至是季节性变化古气候记录。作为古气候代用指标,石笋氧同位素具有全球可对比性,现已建立了氧同位素的全球气候变化曲线,显示了比深海氧同位素及极地冰芯氧同位素记录更多的优势。石笋δ18O 的影响因素很多,在东亚季风控制区和其它季风控制区,石笋的δ18O 反映了夏季风的强度或者是季风降雨的变化。这些全球可对比的具有高精度绝对定年的石笋δ18O 记录,突破了早期的单一温度控制机理,不仅为古气候学家提供了坚实的古气候变化时间序列,而且使古气候研究能从机理上探讨其变化规律。δ13C不如δ18O 具有全球可对比性,在同位素平衡的开放体系,石笋δ13C 主要反映了洞穴上覆土壤CO2 的同位素特征。因此,一般认为石笋δ13C可直接反映当地植被的特征,包括植被类型C3/C4 比率的变化及植被的茂盛与衰退,在一些地区也可作为大气降水和温度变化的指标。石笋δ13C 很易受到蒸发作用、滴水的快速去气、动力分馏、碳酸盐的先期沉积等影响而使得其数值偏正,应该予以重视。通过介绍石笋氧碳同位素的研究现状,使得读者对石笋的稳定同位素指标有一个初步认识。同时,对今后的研究方向给与一定的探讨。     

石笋中的环境替代指标及其蕴含的古气候和古环境信息

在古气候和古环境的研究中,洞穴石笋已成为一种重要的研究载体.分别对其中的石笋微层厚度(即石笋的生长速度),石笋的断裂、坍塌和沉积间断,石笋中磁化率等物理替代指标以及石笋微层荧光性和灰度,稳定同位素,微量元素分布等化学替代指标进行了综述,其中化学替代指标分为有机地球化学指标和无机地球化学指标.对各指标存在的问题进行了探讨,同时对石笋在古气候变化中的研究前景进行了展望.     

石笋的荧光特征及其高分辨率气候环境记录

在分析石笋荧光特征的基础上，综述了石笋荧光应用于高分辨率气候环境记录的研究进展。石笋荧光强度反映了石笋中的有机酸含量，荧光波长特征受石笋中有机酸类型的控制，石笋中的有机酸由地表有机质经土壤水、洞穴滴水运移随碳酸盐而淀积，荧光强度与波长特征都是对地表气候环境信息的响应。通过提高荧光谱扫描精度，可得到高分辨率(1～10a)的气候环境变迁记录。分析了目前研究中存在的问题，并对发展趋势和进一步研究方向提出看法。     

A Cromerian Complex stalagmite from the Mendip Hills,England

In order to provide a better chronological constraint on a British Middle Pleistocene interglacial, a large stalagmite boss from the Mendip Hills was selected for palaeoclimate data using pollen analysis. Dating analyses by thermal ionisation mass spectrometry (TIMS) of uranium–thorium ratios and by magnetostratigraphy constrain the age of the sample to 450–780 ka. The isotopic consistency of the TIMS analyses, plus the presence of luminescence laminations, suggest that the sample has been preserved under closed-system conditions. Pollen assemblages have been recovered from the speleothems, despite the fact that the pH of calcite deposition is usually greater than 7. Furthermore the evidence presented here indicates that the pollen was probably transported by the speleothem feedwater, rather than entering the cave aerially. The pollen record contained within the stalagmite is interpreted as early–mid-interglacial but does not have clear Cromerian affinity. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd.     

石笋微层气候学的几个重要问题

气候动力和土壤过程的年季旋回造成石笋碳酸盐沉积不连续界面(如有机质)或矿物(如文石与方解石)、结构(如舒松层和致密层)交替转换从而形成了石笋微生长层,石笋微层不但为古气候时间序列提供了高分辨率的时间标尺,而且其本身的厚度变化在一定条件下也记录了气候变化,成为高分辨率的气候代用指标。石笋微层气候学就是在研究石笋微层与气候变化关系的基础上,采用石笋微层定年、利用石笋微层厚度变化定量重建气候历史的科学方法。现在国内外已经公布了数个石笋层厚时间序列,但序列的构成差距很大,而且有的序列已经受到质疑,因此有必要建立一个获取和提供数据的科学规范,以增加石笋微层重建气候工作的可信度,这是石笋微层气候学方法得以顺利发展首先要解决的问题。而在何种条件下气候能够成为影响石笋微层层厚变化的主导因素,可能是石笋微层气候学需要解决的基本问题。此外,文章还讨论了微层界面形成及碳酸盐沉积的时间、层厚曲线平底、层内虚假的灰度、伪年层和年层缺失、平行样品交叉定年的困难原因等石笋微层气候学必须回答的问题。     

高精度ICP-MS 230Th测年新技术及其在贵州衙门洞Y1石笋测年研究中的应用

在系统介绍洞穴石笋高精度ICP-M S铀系年代学原理与方法的基础上,对贵州荔波县衙门洞Y1石笋进行了IC P-M S 　230 Th测年研究。综合分析认为精确时标的建立对于利用石笋进行古气候重建具有重要的实际意义;采用ICP-M S　230 Th测年方法进行石笋样品定年准确可靠,并且比TIM S方法具有更高的效率,所需样品更微量。通过生长速率变化分析表明,石笋生长速率记录了过去冷暖突变事件,因此可以用它作为一个有意义的环境记录替代指标来研究古降水及古气候变化。      

The Mechanisms of Enlargement and Hydrogeological Characteristics of Nanka Gully,Southeast Nigeria

Jharkhand is well known for the largest iron deposits in India. Noamundi is the main deposit, which is associated with shale, keolinite. The rock succession exposed in the southern Singbhum and Keonjhar and lying unconformably over the older metamorphics are known as Iron Ore Series (Ravindrakumar, 1986). This paper relates the assessment of grades of iron ore of the area. The study involves with pre-processing, FLAASH (Fast Line-of-Sight Atmospheric Analysis of Spectral Hypercubes) Atmospheric correction algorithms of EO-1 Hyperion data and evaluating the spectral characteristic by using ENVI 4.7 software package. The position of peak reflectance and absorption trough, continuums removal and absorption band depth are considered for assessment the spectral characters. The strong absorption observed is between the 860 to 900nm wavelength region and peak reflectance is observed in the 750 to 780nm wavelength region of the image spectra. The position of the NIR absorption trough shift to the direction of the longer wavelengths is due to decrease of iron content. Higher values of band depth indicate a better possibility of the iron occurrence. As a result, this spectral study enables the possibility to differentiate the grades of iron ores from hyperspectral satellite images.     

电子探针微区紫外阴极荧光分析系统及在沉积碎屑岩分析中的应用

在JCXA—733电子探针上采用一种实用的微区紫外一可见阴极荧光的探测方案，可以分析样品表面微区的不可见和可见的荧光．荧光的波长和强度特性与物质的成分、结构、缺陷，物质的形成条件、经历、所处环境条件等密切相关．相对于常规的可见阴极荧光测试技术，探测紫外和红外阴极荧光可以在更宽的波段上获取更多更新的样品内在信息．用此方法对河北唐山石英砂岩及其微小次生加大边进行阴极荧光分析，发现它们具有不同的紫外荧光特征，还有对应波长为287nm的辐射损伤色心，由此可以推测至少有两期胶结作用，且石英碎屑来源复杂．这为分析胶结作用期次和碎屑物物源提供了新的技术方法，对于沉积盆地分析和油气储集具有重要的实用意义．     

贵州羊子坡石笋记录的历史事件*

文章报道了贵州羊子坡洞一支长约18.6cm、宽约5cm石笋研究的结果。 对石笋分别作了²¹⁰ Pb、铀系质谱测年和显微镜下数沉积年轮方法定年;石笋的灰度和碳同位素结果可相互印证,表明其记录是连续可靠的。测年结果显示此石笋保存了从8629年前至今(1999年) 的气候变化,而发生在大约130年前(1869A.D.)各代用指标数值的大幅度变化尤其引人注目,其石笋的灰度、 同位素和岩性的变化尺度之大以至于不可能单纯从气候变化方面来解释。 进一步的深入研究和野外实地调查揭示出,这些急剧变化是由发生在当时一历史事件所产生的植被破坏及树木灰烬微粒被带入洞中而造成的。能谱扫描电镜的结果也证实了此层树木灰烬微粒的存在。此研究表明洞穴石笋具有记录人类活动的能力。     

无色-近无色高温高压合成钻石的谱图特征及其鉴别方法

实验室发现大量小颗粒的无色高温高压(HPHT)合成钻石与天然钻石混杂镶嵌在各种饰品中,前人提出荧光和磷光特征是主要的快速区分特征,然而荧光、磷光特征的差异并不能完全将HPHT合成钻石与天然钻石区分开来。本文将常规的宝石学观察分析与多种高精度谱学测试相结合,对五粒不同的无色-近无色HPHT合成钻石样品进行深入研究。结果表明,五粒钻石在紫外可见吸收光谱无270 nm吸收或是只有极弱的270 nm吸收,随着颜色级别的降低,270 nm吸收越明显。红外光谱测试显示,各粒样品中都含有不等量的硼元素。光致发光光谱测试表明,HPHT合成钻石含有与微量N、Ni、Si等相关的晶格缺陷。超短波紫外光源激发下,所有的HPHT合成钻石都有强磷光,在钻石观察仪下可以观测到清晰的八面体和立方体分区特征。显然,不同的合成钻石的特征略有差异,但综合其荧光及磷光特征以及红外、紫外、光致发光光谱特征,可以准确地将无色HPHT合成钻石与对应的天然钻石区分开来。     

岩溶地区现代土壤与洞穴石笋中单甲基支链烷烃与烷基环己烷对比研究

利用GC-MS（气相色谱—质谱仪）,对采自湖北清江流域和尚洞洞顶的土壤样品与洞内石笋样品进行分析,发现土壤中存在的七个系列单甲基支链烷烃在所有的石笋样品中均可以找到,呈现相似的分布模式,石笋中七个系列支链烷烃有可能来自洞穴滴水携带的土壤中的支链烷烃,但是也不能排除石笋原地生长的微生物的贡献。烷基环己烷的分布在土壤与石笋中呈现了相似的分布模式,但是主峰碳数有所变化,高碳数部分与低碳数部分的相对含量也发生了变化。主要原因可能是微生物选择性降解的结果,也有可能是土壤与石笋中微生物种类分布差异所造成的。本次研究初步显示了相对封闭稳定的洞穴沉积物与上覆土壤层中生物标志化合物的异同。      

公元8世纪以来贵州荔波石笋高分辨率的气候变化记录

通过中国贵州荔波龙泉洞L1及L2两根石笋19件ICPMS230 Th测年和459件氧稳定同位素分析, L1时限范围为918-1910aA. D. , L2为724-1888aA. D. ;稳定同位素样品的平均分辨率分别为6. 6a和3. 6a。两根石笋δ18O记录取得了平行一致的结果,石笋记录可分为3个气候期,即: 中世纪冷期(公元8世纪- 995aA.D. ) ,石笋δ18O总的偏重,变化幅度较小,最轻为- 8. 84‰ ,最重为- 6. 72‰ ,平均值为- 7. 76‰ ;中世纪暖期( 995- 1340a A. D. ) ,石笋记录为两峰夹一谷, 200年级的一个半旋回,δ18O最轻为- 9. 47‰ ,最重为- 6. 58‰ ,平均值为- 7. 94‰ ;小冰期( 1340- 1880aA. D. ) ,石笋记录为四谷三峰相间交替,即季风表现出由弱到强的200年级3个半旋回,δ18O最轻为- 9. 50‰ ,最重为- 6. 07‰ ,平均值与中世纪暖期基本一致,为- 7. 92‰ ,但变化幅度要大一些,特别是弱季风期要偏重一些。L1及L2两石笋δ18O记录可以很好地和中国中东部物候记录对比。在总体变化格局上也可以和格陵兰冰芯记录进行对比。石笋记录也可以与宇宙核素产率及太阳耀斑记录进行对比,小冰期中石笋δ18O记录的4个低谷期(弱季风期) ,正好与宇宙核素产率及太阳耀斑曲线的低谷区相对应,并分别可以和太阳黑子1810年达尔顿极小值、1645- 1715年蒙德极小值1420- 1530年的斯波瑞尔极小值、1280- 1440年的沃尔夫极小值一一对应。太阳黑子的变化,直接改变地球接受太阳辐射能量的变化,说明低纬度地区短尺度季风气候直接响应于太阳辐射能量的变化。