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。     

洞穴碳酸钙微层理在中国的首次发现及其对全球变化研究的意义

研究我国北部季风气候区石笋的微生长层及其气候意义，在北京石花洞石笋中发现微生长层。通过年代测定、气候事件控制分析，初步提出了石笋微层的年层时标含义及层厚变化主要响应降水变化的气候意义。试图利用微层的层厚－降水响应关系，重建北京地区最近1130年来干湿变化的年分辨率趋势，通过功率谱分析发现136年、50年、16～18年、11年、5．8年的降水周期变化。     

北京石花洞全新世石笋微生长层与稳定同位素气候意义初步研究

在北京石花洞全新世石笋中发现分辨率很高的微层韵律。通过绝对年代测定和降水记录校订,初步确定石笋微层的年层时标含义和层厚变化响应降水变化的关系。通过对石笋稳定同位素气候意义的分析,提出在季风气候条件下,由于石笋氧同位素主要反映水源氧同位素的变化,因而也反映了季风强弱的变化。碳同位素反映了土壤有机环境的变化。微层层厚与氧同位素主要是自然环境变化信息载体,而碳同位素是自然环境变化叠加人类活动影响的综合信息载体      

定量重建气候历史的石笋年层方法

用放射性同位素定年方法结合微层计数了解石笋微层的计时特性;确定年层的显微图像标志;提出矫正石笋层厚时间序列中所包含的沉积趋势的方法;建立符合统计要求的层厚量测规则。将石笋年层厚度序列与当地仪器记录的气候要素时间序列进行对比,作信号波形分析和统计相关分析,找出石笋层厚能够敏感反映的气候要素。如果石笋年层记录的气候信号远强于噪音水平,则可利用层厚时间序列重建所敏感反映的气候要素变化历史。利用所建立的方法,对北京石花洞石笋进行了实例分析。     

石笋年层的影像特征

近年来，石笋微层作为高分辨率古气候研究代用指标已有较好的研究，众多研究者也都认为石笋中具有年层。石笋年层和树轮具有相似的性质，它们都有年层缺失（沉积间断）和伪年层（包括亚层、多年层和假象层）等现象，如何正确计数石笋年层是微层计数年代学的研究基础所在，也是利用石笋微层作为近２０００年来高分辨率（分辨率到年）古气候研究代用指标的基础。 如果石笋纵剖面上没有明显沉积间断，一般可断定其没有年层缺失，这样可用通过计数石笋的年层来确定石笋的年龄，以满足高分辨率古气候研究的需要。中国南方型石笋微层和北方型石笋微层具有不同的矿物组成光性特征和微层型式，其显微镜下影像特征不同，所以其计数方式又有所差别。     

石笋微层研究及其气候意义

在分析石笋微层形成机理的基础上,介绍了石笋微层厚度测量的主要方法及影响因素.结合U-Th系定年与显微镜镜下计数,对采自长江中游清江和尚洞的一支正在生长的年轻石笋进行了初步的微层厚度测量,结果显示生长于该地区的石笋非常适合于微层研究,并就石笋微层研究对古气候重建的重要意义及该领域的发展趋势进行了探讨.     

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。     

疏松质石笋碳酸盐的精确微区取样

高分辨率极端气候事件是古气候研究中的一个热点。作为重要的古气候信息载体之一的石笋,以其每年几十到几百微米的生长速率,为提取高分辨率古气候代用指标提供了可能。而可靠的微区取样则是石笋高分辨率分析的重要前提。本文利用美国New Wave微区取样装置,对微区取样技术在石笋碳酸盐中的应用进行了探讨。在年层并非平直的疏松质石笋表面,于40 μm取样步长内,成功获得了平均质量约为100 μg的石笋微区分析样品。所获得的年内分辨率样品可同时提供微量元素分析和稳定同位素分析。重点讨论了石笋微区取样过程中必须注意的样品固定和取样参数设置等关键问题,提供了有效收集石笋微区样品和避免样品交叉污染的方法。     

长江中游石笋年层厚度作为东亚夏季风强度代用指标的研究

利用Olympus偏光显微镜,直接在光学薄片上对长江中游和尚洞HS4石笋进行微层计数,并测量微层厚度。微层计数结果与其对应的UTh定年结果相吻合,证明该支石笋微层为年层;统计分析说明,该石笋的年层厚度变化响应近百年来东亚夏季风强度变化,两者呈负相关,说明长江中游石笋生长受东亚夏季风制约。因而,长江中游石笋年层厚度可以作为高分辨率的东亚夏季风强度代用指标。     

岩溶石笋的古环境研究进展

全球变化研究的热点问题是获得十年到百年甚至年月分辨的气候变化规律。岩溶石笋因期诸多优点，将在古环境研究中发挥越来越重要的作用，本文从当前研究的现状出发，在石笋微层年层对比，微层形成机制，稳定同位素记录，灰度，生长度，微量元素以及紫外激光诱发荧光等方面的研究进行了综述这，并结俣自身研究成果，提出了自己的看法。     

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。     

中国近2000年来气候变化石笋记录研究进展

哥本哈根气候大会的召开,使得近2 000年来的气候变化研究倍受关注。本文对气候变化石笋记录,尤其是我国近2 000年来气候变化石笋记录取得的主要成果进行了总结。已有研究的进展主要在于:发现在中国季风区石笋记录中存在近2 000年来的一系列气候事件,并对其进行了高分辨率重建;对地区热月温度进行了年分辨率的重建,以及通过集成研究发现了"环流效应"等等。但以往的研究仍存在石笋古环境代用指标机理、年代学以及区域代表性石笋记录研究不够等问题。为此,文中提出了加强年际分辨率氧同位素古环境机理,特别是大气降水到石笋的一整套迁移变化过程的研究,以及与其他古环境代用指标的响应机理进行综合研究,加强近2 000年来石笋年代学研究和加强区域性代表性石笋记录研究等建议。     

A dendrochemical study of Pinus sylvestris from Siljansfors Experimental Forest,central Sweden

Inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) was used to investigate changes in trace element concentration in two high resolution sequences of tree rings from central Sweden. Individual annual growth increments from 1800–2002 to 1930–2002 were sampled from two Scots pine (Pinus sylvestris) trees from the Siljansfors Experimental Forest. The aims of the study were: to test the viability of conventional solution induction ICP-MS as a technique for investigating the multi-elemental chemistry of long tree ring sequences at annual resolution, and, to test this specifically with a view to detecting changes in elemental concentrations of Swedish tree rings contemporary with the major (and relatively proximal) Icelandic eruption of Askja (1875). It was found that despite a time consuming sample preparation process, it was possible to use conventional ICP-MS for multi-elemental analysis of a long sequence of tree rings at annual resolution. Although promising data were produced, no truly conclusive concentration anomaly could be detected in the sequence to indicate the impact of the Askja eruption on environmental chemistry. Overall findings underlined the complexity of the tree/environment interaction and the cautious approach to data interpretation essential for any dendrochemical study.     

洞穴滴石石笋与陆地古环境记录研究进展

洞穴碳酸盐沉积与其它自然材料相比 ,具有分布广 ,时间跨度大 ,生长机制对环境敏感 ,保存信息完整 ,适合于 U系测年等特点。可与海洋沉积物、冰芯、树轮相媲美。尤其是洞穴滴石石笋为大陆气候替代指标提供了一类独特的数据源。从稳定同位素地球化学、石笋微层、微量元素地球化学、洞穴碳酸盐结晶学和岩石学等方面论述了该领域的最新研究进展。如利用洞穴碳酸盐δ函数定量地分离出纯的温度信号 ;利用石笋碳同位素变化及草原与森林生态系统光合作用的差异特征 ,恢复草原 -森林间的演变过程 ,显示了其在全球变化研究中的重要地位和作用。     

树轮纤维素中氧同位素温度意义

树轮作为自然档案中的一种, 其同位素研究是较为新颖的领域文章比较系统地从树轮纤维素的提取、氧的来源、植物体内氧的分馏、与温度变化的关系等４ 个方面评述了树轮纤维素氧同位素组成的气候学意义已有的研究结果表明, 树轮纤维素氧同位素组成的变化是温度变化的良好载体, 但在定量恢复古温度变化时遇到了不少限制, 有待于进一步完善分馏模型     

贵州荔波董哥洞3号石笋的同位素年龄及古气候信息

石笋是岩溶记录中最全面、最系统的古气候环境信息库,研究表明,洞穴内、外环境变化,都不同程度地显示在石笋的组成、结构构造、沉积 (生长 )纹层及其层面构造、沉积速率和古气候环境变化等方面。利用洞穴石笋保存的信息重建古环境,是近 2 0年来的热门课题之一。当前全球气候变化预测研究中,洞穴石笋的高分辨率定年和碳、氧同位素组成的变化规律,为这个领域的突破和填补空白作出了重大贡献。本文通过对荔波董哥洞 3号石笋进行热电离质谱 (TIMS)U-系测年及碳氧同位素分析,获得了距今 16.33万年至 9.13万年的古气候信息。石笋在大于 16.33万年前开始生长,9.13万年后停止生长,平均沉积速率为 2.87mm/ 100a(未扣出间断时间 ),属中更新世的产物。其年龄与δ18O的变化可与深海岩芯V2 8～ 2 38同位素记录所揭示的第五和第六阶段以及与北方离石黄土层 (L2 )和下马兰黄土第一古土壤层 (S1)进行对比。它反映此阶段区内经历了寒冷和温暖 (间夹冷期 )等气候变化,与全球古气候变化波动基本一致,同时也存在地区性的气候变化。     

Speleothems and pine trees as sensitive indicators of environmental pollution – A case study of the effect of uranium-ore mining in Hungary

Four decades of U ore production in Hungary provides an opportunity to study the possible environmental effects of mining. The study reveals significant changes in chemical composition of a stalagmite (cave deposit). The good fit between U content changes in the studied deposit and the U ore production rate support the assumption of the relationship with mining activity. An independent chemoenviromental archive, living pine (Pinus sylvestis) trees were also investigated. Data on pine tree cores collected from the same region show different levels of pollution (Cu, Zn, Mn, U) after the 1950s and 1960s, linked to the opening of mines and subsequent dust fallout around the site. Elevated concentrations of detritally derived elements (Si, Al, Th) coupled with a rise in U concentration and change in δ²³⁴U values of the stalagmite suggest increasing amounts of mine-derived dust from 1 to 3 km distance that settled and washed into the karst system. The combined usage of different proxies not only provides historic records for the anthropogenic impact in the environment, but also allows the timing of U concentration increases within the stalagmite and the identification of elemental behavior from the pollution. This study shows that complementary geochemical archives such as stalagmites and tree rings used together can enhance understanding of past environmental contamination.     

洞穴碳酸盐微层研究及其发展方向

近几年,在分辨率气候－环境变化研究中,洞穴碳酸盐微层逐渐受到人们重视。洞穴碳酸盐微层的类型较多,主要为年层。微层是在沉积条件发生高频率的周期性改变时形成的,要受到供水条件和碳酸钙浓度等多因素的控制。洞穴碳酸盐微层的稳定同位素组成,生长速率,微层结构与物质组分,微层厚度与灰度和光学特征等可以反映降水,温度,土壤成分及植被变化等信息。