高分辨率洞穴石笋稳定同位素应用之一——京津地区500a来的气候变化——δ~(18)O记录

气候变化可记录在洞穴石笋氧同位素值中 .当气候湿冷 ,降雨量越大 ,年平均气温越低时 ,δ18O值越负 ;当气候干热时 ,δ18O值越正 .北京石花洞年轻石笋的氧同位素记录显示了京津地区的降雨量有一个 30～ 40a的变化周期 .降雨量增加时期分别以 1 985 ,1 95 5 ,1 91 0 ,1 880 ,1 840 ,1 80 0 ,1 76 0 ,1 730 ,1 6 90 ,1 6 6 0 ,1 6 30 ,1 5 6 0 ,和1 5 30a为中心 .在 1 6 2 0～ 1 90 0a之间 ,京津地区的气温低于 5 0 0a以来的平均气温 ,对应于小冰期事件 .1 5 2 0～ 1 6 2 0a和 1 90 0a至今的两个时期 ,气温高于 5 0 0a来的平均气温 .     

太阳辐射驱动气候变化的泥炭氧同位素证据

已证明太阳辐射水平变化的历史可从树轮14 C含量变化的历史来认识 .所报道的 5 0 0 0a高分辨的泥炭植物纤维素氧同位素 (δ18O)气候代用记录所指示的气候变化对太阳辐射变化的响应关系 .结果表明 ,过去 5 0 0 0a中 34次急速的气候冷暖变化 ,以及气候变化的 86 ,1 0 1 ,1 1 0 ,1 2 7,1 32 ,1 40 ,1 5 5 ,2 0 7,2 45 ,31 1 ,82 0和 1 0 5 0a等周期 ,都与太阳辐射变化和太阳辐射变化的周期有比较好的一对一的响应 .因此 ,结果为数十年至百年尺度的太阳辐射变化驱动气候变化的假说提供了新的证据     

桂林地区降水、洞穴滴水及现代洞穴碳酸盐氧碳同位素研究及其环境意义

桂林地区降水及盘龙洞滴水和现代碳酸盐的氧碳同位素研究表明 :( 1 )从年内和年际的总体特征看 ,桂林地区降雨的δ18O值随着气温的升高和降雨量的增加而减小 ,就相关关系来看 ,与月均气温的相关关系更好 .但夏季风降雨的δ18O值要比冬季风降雨的δ18O值小得多 ;( 2 )洞穴滴水的δ18O明显与同期降雨的δ18O值成很好的相关关系 ;( 3)条件适宜时 ,δ13 C可以作为环境替代指标 ,即δ13 C值越负 ,C3 植物的比例就越大 ,降雨可能较丰沛 ,相反则可能以C4植物为主或为植被被破坏(由于气候原因或人为原因所导致 )后的石漠化环境 .     

南海冰期深部水性质的稳定同位素证据

根据南海 9个深海柱状样中底栖有孔虫的稳定同位素记录 ,初步建立末次盛冰期以来的δ18O和δ13 C深度剖面 .结果表明末次盛冰期南海深部水的δ18O和δ13 C垂直梯度较全新世明显增大 ,并存在深约 2 0 0 0m的深温跃层和营养物跃层 ;特别是末次盛冰期相对全新世δ18O和δ13 C的变化分别减去冰川效应和全球平均变化值后 ,在水深 1 0 0 0～ 2 5 0 0m间出现正值 ,说明末次盛冰期南海这一深度范围内存在温度较冷或盐度偏咸、垂直流通好、富13 C的深层水团 ,与今明显不同 .进一步证实冰期存在“北大平洋深层水” ,但可能仅限于水深约 1 0 0 0～ 2 5 0 0m的范围内 .     

哈尼泥炭δ^18O记录的过去14000年温度演变

在末次冰消期至全新世期间,格陵兰冰芯（GISP2）δ18O记录和北大西洋浮冰记录显示了一系列百年至千年尺度的突然变冷事件.但是这种反复出现的气温变冷模式在环大西洋以外区域,特别是在东亚区域是否也同时存出,还较少直接从温度代用记录方面进行系统研究.为此,从中国吉林省的哈尼泥炭中,提取了一个约14000年的泥炭纤维素δ18O温度代用记录.对比表明,哈尼泥炭纤维素δ18O温度记录几乎全部重现了由GISP2δ18O和浮冰记录所指示的突然的气温变冷事件,例如Older Dryas,Inter-Aller-d,Younger Dryas,以及9次浮冰事件,证明这种反复出现的气温变冷模式不仅出现在高纬度的北大西洋区域,同时也出现在中纬度的西北太平洋区域.此外,进一步论述了全新世的开始时间,大暖期、“8.2ka”事件、“4.2ka”事件、中世纪温暖期和小冰期等特征气候变化事件.同时根据泥炭沼泽生态环境的特征,还论述了哈尼泥炭纤维素δ18O对地表温度敏感响应及泥炭纤维素14C年龄准确性的原因.     

哈尼泥炭δ~(18)O记录的过去14000年温度演变

在末次冰消期至全新世期间,格陵兰冰芯(GISP2)δ18O记录和北大西洋浮冰记录显示了一系列百年至千年尺度的突然变冷事件.但是这种反复出现的气温变冷模式在环大西洋以外区域,特别是在东亚区域是否也同时存出,还较少直接从温度代用记录方面进行系统研究.为此,从中国吉林省的哈尼泥炭中,提取了一个约14000年的泥炭纤维素δ18O温度代用记录.对比表明,哈尼泥炭纤维素δ18O温度记录几乎全部重现了由GISP2δ18O和浮冰记录所指示的突然的气温变冷事件,例如Older Dryas,Inter-Aller-d,Younger Dryas,以及9次浮冰事件,证明这种反复出现的气温变冷模式不仅出现在高纬度的北大西洋区域,同时也出现在中纬度的西北太平洋区域.此外,进一步论述了全新世的开始时间,大暖期、"8.2ka"事件、"4.2ka"事件、中世纪温暖期和小冰期等特征气候变化事件.同时根据泥炭沼泽生态环境的特征,还论述了哈尼泥炭纤维素δ18O对地表温度敏感响应及泥炭纤维素14C年龄准确性的原因.     

德令哈大气水汽中δ~(18)O的时间变化特征——以2005年7月～2006年2月为例

大气水汽中氧稳定同位素是研究气候现代过程的重要手段.根据测得的青藏高原东北部德令哈2005年7月~2006年2月大气水汽中δ18O以及观测的气象要素,分析了德令哈大气水汽中δ18O的变化特征以及与温度、比湿的关系.研究结果表明,德令哈大气水汽中δ18O季节变化显著,夏季值高于冬季值;在取样期间存在较大的波动,波动幅度超过37‰;受温度季节变化影响,德令哈大气水汽中δ18O的日变化与日平均温度之间存在着明显的正相关关系;德令哈大气水汽中δ18O与大气中水汽含量的关系较复杂,研究发现在季节尺度上,冬季大气水汽中δ18O与空气比湿成正相关关系,但在夏季,大气水汽中δ18O显著受到降水的影响而与空气比湿显现相反的关系;德令哈大气水汽中δ18O值低于当地降水中δ18O值,它们之间平均差值?δ18O为10.7‰;德令哈大气水汽中δ18O值受到降水事件的影响,在7,8月间相对偏低,模拟结果显示,降水事件使德令哈大气水汽中δ18O值在7,8月间平均偏低7‰.     

珠穆朗玛峰东绒布80.36 m冰芯δ18O记录的气候意义

珠穆朗玛峰东绒布80.36 m冰芯δ18O记录与喜马拉雅山南、北坡气象资料和北半球气温变化之间的关系表明, 该冰芯δ18O基本上不反映年际温度的变化, 但冰芯δ18O与净积累量具有负相关关系, 这是该地区夏季降水(占全年降水量的80%以上)中δ18O"降水量效应"的一种具体表现. 东绒布冰芯δ18O的变化可作为印度季风活动强弱变化的替代指标. 在季风活动强盛阶段, 冰芯中δ18O平均值较低; 在季风活动衰弱阶段, 冰芯中δ18O平均值较高.     

陕南石笋稳定同位素记录中的古气候和古季风信息

采自陕西省柞水县的石笋给出了过去750a来的高分辨率气候记录以及全新世和80～330ka之间的低分辨率的气候变化。定年方法使用了石笋生长纹层计数法、^210Pb法和TIMS ^230Th法。分析了石笋中δ^18O和δ^13C的气候含义,认为当δ^18O和δ^13C值变重时,指示干热的气候组合,当δ^18O和δ^13C值同时变轻时,指示湿冷的气候组合。在长时间尺度δ^18O值的变化以反映温度变化为主,δ^13C值的变化反映湿度变化为主。当δ^18O变轻,而δ^13C变重时,指示干冷气候。这时期的夏季风很弱而冬季风很强,相反,当δ^18O变重,而δ^13C变轻时,指示湿热气候,表明夏季风很强,冬季风很弱。过去750a的记录中分为：公元1250～1520年的温暖中世纪(Medieval Warm Period),公元1520～1820年的湿冷小冰期(Little Ice Age)和公元1820年以来的温热期。全新世的气候在4000a左右有一显的变化。在此时之前的温度低于全新世的平均气温,而在此之后的温度高于全新世的平均气温。全新世气候记录可细分为18个不同的时期。     

郯庐断裂及胶辽断块区现代地热流体地球化学

地下水深循环过程产生的同位素物理分馏是地热水的δD ,δ18O值总是低于当地浅层地下水的主要原因 .给出了地热水可能的最大循环深度与其δD ,δ18O值降低幅度的关系式 .研究区内地热流体逸出气体属于壳内气体 .郯庐深断裂现今以压性为主的活动方式一直延续至深部 ,基本阻断了深源气体向地表的迁移     

青海湖沉积碳酸盐矿物之间氧同位素分馏的评估及其环境意义

青海湖沉积岩芯的矿物学和稳定同位素研究结果显示自生碳酸盐矿物以单种或多种矿物形式保存在沉积物中;不同碳酸盐样品的δ18O值的变化范围为5.47‰至-1.04‰,差值最高达6.5‰;δ18O值与总碳酸盐含量呈正相关关系,与碳酸盐矿物种类的改变则无明显关联.结果表明,造成δ18O显著变化的主导因素是湖水氧同位素组成,自然条件下生成的不同碳酸盐之间的氧同位素分馏不明显.说明δ18O是指示闭流湖泊降水蒸发水量平衡变化的敏感指标之一.     

慕士塔格冰川地区降水中δ18O的时空变化特征

根据2002年6~8月和2003年5~8月期间在慕士塔格冰川西坡收集的降水样品, 探讨了该区降水中δ¹⁸O的时空变化特征. 分析结果表明, 观测期间降水中δ¹⁸O具有较大的变幅, 可达20‰左右, 其值随时间的变化趋势和气温的变化趋势基本一致. 该区降水中δ¹⁸O与温度存在正相关关系, 但与降水量无关. 在海拔5500~7450 m的范围内, 稳定同位素比率的高程效应显著. 降水中δ¹⁸O随海拔而垂直变化的梯度值接近-0.40‰/100 m. 综合目前山地高海拔区的降水中δ¹⁸O资料, 初步建立了全球山地高海拔区(>5000 m)降水中δ¹⁸O和海拔的关系.     

德令哈大气水汽中δ^18 O的时间变化特征——以2005年7月-2006年2月为例

大气水汽中氧稳定同位素是研究气候现代过程的重要手段．根据测得的青藏高原东北部德令哈2005年7月-2006年2月大气水汽中δ^18 O以及观测的气象要素,分析了德令哈大气水汽中δ^18 O的变化特征以及与温度、比湿的关系．研究结果表明,德令哈大气水汽中δ^18 O季节变化显著,夏季值高于冬季值;在取样期间存在较大的波动,波动幅度超过37‰;受温度季节变化影响,德令哈大气水汽中δ^18 O的日变化与日平均温度之间存在着明显的正相关关系;德令哈大气水汽中δ^18 O与大气中水汽含量的关系较复杂,研究发现在季节尺度上,冬季大气水汽中δ^18 O与空气比湿成正相关关系,但在夏季,大气水汽中δ^18 O显著受到降水的影响而与空气比湿显现相反的关系;德令哈大气水汽中δ^18 O值低于当地降水中δ^18 O值,它们之间平均差值△δ^18 O为10．7‰;德令哈大气水汽中δ^18 O值受到降水事件的影响,在7,8月间相对偏低,模拟结果显示,降水事件使德令哈大气水汽中δ^18 O值在7,8月间平均偏低7‰．     

干旱荒漠区不同土地利用/覆盖类型土壤呼吸速率的季节变化

结合生长季对准噶尔盆地新垦绿洲外围人工防护林(杨树林)和天然荒漠(柽柳+芦苇群落、梭梭群落)土壤呼吸速率及主要环境因子的测定,分析了不同土地利用/覆盖类型间土壤呼吸速率的差异性和土壤呼吸对温度、土壤含水量变化的响应.结果表明:土壤CO2释放速率随温度逐渐升高,杨树林、柽柳+芦苇群落和梭梭群落的最高值分别出现在18:00,12:00和14:00,最低值皆出现在早晨8:00.5～10月,土壤呼吸速率呈现增加而又降低的趋势,主要与近地面气温的变化一致,在6～7月达到最大值,8月下降.生长季,平均土壤CO2释放速率、季节变化幅度按大小顺序排序为:杨树林＞柽柳+芦苇群落＞梭梭群落,不同土地利用/覆盖类型间土壤呼吸速率的差异均很显著.杨树林土壤呼吸速率与近地表气温、土壤10 cm温度间存在显著的指数函数关系(P＜0.01),柽柳+芦苇群落和梭梭群落与近地面气温、地表温度间的线性相关显著(P＜0.01).基于近地面气温,计算得出Q10值分别为1.48,1.59,1.63.3种土地利用/覆盖类型的土壤呼吸速率(综合)与0～5,5～15和0～15 cm的土壤含水量呈极显著和显著的正相关关系(P＜0.01).0～5 cm土壤含水量与土壤呼吸速率间呈显著的二项式函数关系(P＜0.01).     

近5ka温度的金川泥炭δ~(18)O记录

根据吉林金川泥炭纤维素20a分辨率的氧同位素组成时间序列及其与有关文献资料对比,论述了中国东部过去5000a历史时期温度的变化过程,提供了大暖期、新冰期、中世纪温暖期和小冰期在该区存在的δ~(18)O证据;揭示了在约4590～3600 aBP期间存在1次大幅度自然升温过程,并讨论了此气候自然变暖对干旱、陆地植被和文明发展的影响.     

台湾南部核能电厂附近海域珊瑚所记录的水温

利用南湾核三厂出、入水口所采得的珊瑚, 分析其骨骼之δ18O及δ13C同位素值, 藉以反映出其生长环境周围的海水温度及生理生化反应. 结果显示, 夏季水温高时, δ18O值低, 而δ13C值则较高, 但是δ18O极端值出现时间似乎落后6周, 反应出日照时间最长较水温最高早出现. 南海北部1987年10月到1988年9月间出现的高温异常, 以及1992年10月至1993年2月低温异常的时段, 也记录在此二株珊瑚中, 但水温太高时, 珊瑚似乎停止生长.     

上海-南极洋面大气N2O的δ^15N与δ^18O时空变化特征

在中国第22次南极科学考察期间,采用Tedlar气袋采集了“雪龙号”考察船航线上洋面大气样品以及东南极米洛半岛近地面大气样品（采样时间分别为地方时上午10：00和夜间22：00）,在室内通过带有全自动预GC浓缩接口（PreCon）的Thermo Finnigan MAT-253同位素质谱仪,对这些大气样品中N20的同位素组成进行了高精度地测量;并分析了其δ^15N与δ^18O空间变化规律．上海-南极洋面大气N2O的δ^15N与δ^18O平均分别为（7．21±0．50）‰和（44．52±0．52）‰．由30°N往南极随着纬度的变化,δ^15N（6．05‰～7．88‰）呈线性增加趋势,增加率为0．01‰/纬度,δ^18O（43．05‰～48．78‰）则呈现较大的波动;且δ^15N气温、N2O浓度呈负相关,而与δ^18O呈弱的正相关．东南极米洛半岛近地面大气N2O的δ^15N与δ^18O夏季变化趋势相一致,且二者呈显著正相关,而与N2O浓度呈显著负相关;不同地点大气N2O的δ^15N与δ^18O平均分别为（7．46±0.39）％。和（44．6±0．45）‰,略高于洋面大气N2O的δ^15N与δ^18O;而显著高于北半球低纬度大气N2O的δ^15N与δ^18O值．分析讨论了引起地面大气N2O的δ^15N与δ^18O空间变化的主导因素．提供了全球大区域洋面大气N2O的同位素资料,有助于定量评估全球与区域大气N2O的净收支．     

中国大别山双河超高压变质大理岩的氧、碳同位素

中国大别山双河超高压变质岩板中发育了一系列大理岩层和透镜体 ,其δ18O值介于 1 1 1‰～ 2 0 5‰ (SMOW)间 ,δ13 C值介于 1 .0‰～ 5 .7‰ (PDB)间 .详细调查表明 ,大理岩的氧、碳同位素值在厘米尺度上表现出均一化 ,但在大于1m的范围内则不均一 .与已经同地幔中的碳发生均一化的挪威榴辉岩相大理岩不同 ,双河超高压大理岩的碳同位素则保留了沉积碳酸盐岩的特征 ,而且表现出白云石含量与δ13 C间的负相关关系 .与原岩相比 ,双河大理岩18O有所亏损 .这种亏损来自 3种可能的地质过程 :( 1 )在超高压变质作用前曾与亏损18O的水发生过氧同位素交换 ;( 2 )在超高压变质过程中发生过脱碳酸盐作用 ;( 3)在退变质过程中与围岩片麻岩在接触部位发生过有限的氧同位素交换 .氧、碳同位素研究表明 ,超高压变质岩的俯冲和折返过程历时较短 ,且在该过程中 ,流体的活动性极为有限 .     

上海-南极洋面大气N_2O的δ~(15)N与δ~(18)O时空变化特征

在中国第22次南极科学考察期间,采用Tedlar气袋采集了"雪龙号"考察船航线上洋面大气样品以及东南极米洛半岛近地面大气样品(采样时间分别为地方时上午10:00和夜间22:00),在室内通过带有全自动预GC浓缩接口(PreCon)的Thermo Finnigan MAT-253同位素质谱仪,对这些大气样品中N2O的同位素组成进行了高精度地测量;并分析了其δ15N与δ18O空间变化规律.上海-南极洋面大气N2O的δ15N与δ18O平均分别为(7.21±0.50)‰和(44.52±0.52)‰.由30°N往南极随着纬度的变化,δ15N(6.05‰～7.88‰)呈线性增加趋势,增加率为0.01‰/纬度,δ18O(43.05‰～48.78‰)则呈现较大的波动;且δ15N与气温、N2O浓度呈负相关,而与δ18O呈弱的正相关.东南极米洛半岛近地面大气N2O的δ15N与δ18O夏季变化趋势相一致,且二者呈显著正相关,而与N2O浓度呈显著负相关;不同地点大气N2O的δ15N与δ18O平均分别为(7.46±0.39)‰和(44.63±0.45)‰,略高于洋面大气N2O的δ15N与δ18O;而显著高于北半球低纬度大气N2O的δ15N与δ18O值.分析讨论了引起地面大气N2O的δ15N与δ18O空间变化的主导因素.提供了全球大区域洋面大气N2O的同位素资料,有助于定量评估全球与区域大气N2O的净收支.     

近2000a古里雅冰芯10a尺度的气候变化及其与中国东部文献记录的比较

据古里雅冰芯提供的高分辨率按 1 0a为单位统计的δ18O和积累量记录 ,划分出 2 70a以前的高温湿润期 ,2 80～ 96 0a的低温干旱期 ,970～ 1 5 0 0a的中温干旱期 ,1 5 1 0～ 1 92 0a冷暖波动强烈的“小冰期”及 1 92 0a后的升温期 .在温度和降水组合中 ,冷湿 1 0a的次数 ( 1 4次 )略少于冷干 1 0a( 1 6次 ) ,而暖湿 1 0a( 1 0次 )远多于暖干 1 0a( 4次 ) ,以相邻 2 0～ 30a的δ18O值相差 2‰ ,相当 3℃作为突变统计标准 ,则自 3世纪至今共发生 33次之多 .和中国东部文献记录的最新综合研究结果比较 ,许多重大气候事件是同时以至同年代出现的 ,反映低中纬度带相距很远的不同区域间气候变化的共同特征 ,但也有显著的差别 ,主要在“中世纪暖期”东部有相当表现而西部不显著 .近 1 2 0 0a低频变化趋势 ,东部呈显著降温 ,西部则有所上升