元素分析-同位素比值质谱法测量海洋沉积物中有机碳和氮稳定同位素组成的实验室间比对研究

海洋沉积物中有机碳、氮稳定同位素(δ~(13)C、δ~(15)N)作为一种有效指标,可对不同地质时期空气、温度、降水等参数的变化进行标记。元素分析-同位素比值质谱法是一种测量海洋沉积物有机碳、氮稳定同位素组成的合理、有效的方法。目前我国有诸多实验室使用元素分析仪(EA)与稳定同位素比值质谱仪(IRMS)联用的方法对沉积物中的有机碳、氮稳定同位素进行测试。各实验室之间测试技术及数据稳定性缺少比对依据,测试结果缺乏有效的溯源,使用过程中缺乏规范和统一。本文选取了我国2018年研制的三个国家一级海洋沉积物碳氮稳定同位素标准物质(GBW04701、GBW04702、GBW04703)及两个国际标准物质(EMA-B2152、EMA-B2151),在我国十家实验室对EA-IRMS在线技术测试方法进行实验室间的测量比对实验,以验证方法的稳定性、精密度和准确度。测试结果表明:各家协作实验室的数据准确、稳定,方法的重复性和再现性良好,测得的δ~(13)C和δ~(15)N精密度分别好于0.10‰、0.14‰。通过比对研究,同时证明了EA-IRMS在线技术适用于海洋沉积物中的有机碳、氮稳定同位素的测定,初步建立了一套适合海洋沉积物样品分析的方法。     

GasBench-IRMS在碳酸盐岩δ^13C和δ^18O在线连续分析中的应用

采用GasBench-IRMS气体质谱分析技术，实现了碳酸盐岩中碳氧同位素的在线连续分析。优化了色谱柱温、离子源参数等工作条件，排除了空气中N2O的干扰。结果表明，色谱柱柱温为40℃、65℃时，方法线性范围较宽，结果准确可靠。方法用于碳酸盐岩国家一级标准物质中δ^13C和δ^18O的测定，结果与标准值一致。     

重庆芙蓉洞洞穴沉积物δ13C、δ18O特征及意义

利用重庆芙蓉洞内各种新老沉积物的δ13C、δ18O以及对洞穴内的滴水、池水和洞外泉水的长期观测结果,发现芙蓉洞内的次生沉积物中氧同位素变化整体一致,处于稳定温度下(16℃)的平衡分馏状态。而且洞内滴水和池水的氧同位素也相当一致,反映了外界大气降水中氧同位素的年平均状态。芙蓉洞内各种沉积物中碳同位素变化范围很大,从0‰~-11‰均有分布。由于芙蓉洞内各种滴水以及池水中溶解无机碳(DIC)的δ13C变化约在-8‰~-11‰,显著偏轻于部分洞穴沉积物中的δ13C。通过研究从洞穴滴水到形成次生化学沉积物这个过程中的可能影响洞穴沉积物中碳同位素变化的因素,例如：洞穴温度、滴水高度和速率、CO2脱气、生物作用、矿物同质异相转换等,同时参考芙蓉洞内连续生长达37 ka的FR5石笋的碳同位素记录,发现以上可能的影响因素都不能完全解释芙蓉洞内次生沉积物中碳同位素的异常偏重现象。虽然芙蓉洞内广泛存在文石与方解石共存的次生沉积物,但是综合分析表明这些沉积物的氧同位素处于平衡分馏状态,可以用来进行古气候研究。不过在利用石笋碳同位素解释古环境变化时需要慎重,特别是在讨论由文石或文石—方解石混合构成的次生沉积物时。     

热水活动对碳酸盐沉积物中δ^13C,δ^18O的影响：以晚泥盆世丹池盆地为例

大量地质地球化学证据表明,晚泥盆世丹池盆地內有热水活动。热水活动使盆地内的碳酸盐沉积物发生了准同生硅化作用,淋虑溶蚀作用及广泛准同生重结晶作用。与一般灰岩受热重结晶作用中δ~(13)C值的变化相反,在准同生重结晶灰岩中,方解石的结晶程度愈高,则δ~(13)C值反而愈大。我们认为这是碳酸盐不饱和的热水溶液对碳酸盐沉积物中轻碳同位素(~(12)C)优先淋滤的结果。     

洞穴化学沉积物中δ13C、δ18O对环境变迁的示踪意义

不同来源的ＣＯ＿２,有着不同的δ１３Ｃ值,因而造成了不同的洞穴化学沉积物δ１３Ｃ值。因此,通过洞穴化学沉积物δ１３Ｃ值的测定,可反演出洞穴化学沉积物形成时的环境;再配合放射性同位素测龄和δ１８Ｏ测温,则有可能重现一个地区的环境变迁史。     

重庆新崖洞XY6石笋4.5ka以来高分辨率δ18O、δ13C记录的气候变化

对采自重庆市东北部奉节县新崖洞XY6石笋进行ICP-M S-U系测年表明,该石笋生长时期为4. 5～ 0. 25 ka。石笋在4. 5～ 4. 1ka、3. 2～ 2. 5ka、1. 85～1. 5ka 期间相对偏负的δ18O和δ13 C值记录了3个相对湿润的时期;其中以4. 5～4. 1ka 时期δ18O最偏负,之后突然偏重,表示了中全新世气候适宜期的快速结束;之后东亚夏季风在波动中逐步减弱。该石笋没有明显记录到发生在1. 1～ 0. 9ka 的“中世纪暖期”事件。在4. 1～ 3. 2ka、2. 5～ 1. 85ka、0. 5～ 0. 25ka 期间相对偏正的δ18O和δ13 C值代表3个相对冷干的时期, 0. 5～ 0. 25ka是欧洲小冰期事件在本地区的表现。该地区气候在1. 5～ 0. 5ka 相对平稳,从前半段的相对暖湿过渡到后半段的相对冷干。XY6石笋δ13 C与δ18O具有非常一致的变化趋势,可能暗示了该地区为“暖湿、冷干”的水热配套模式,也表明本地区植被对气候变化的响应是快速的,并没有明显的滞后期。δ13 C与δ18O变化峰值的差异表明,在东亚季风区植被变化不仅取决于夏季降水的多寡,可能更主要的是受制于有效湿度的变化。      

GasBenchⅡ顶空瓶内空气背景对<100μg碳酸盐中碳氧同位素在线测定的影响及校正方法初探

较为系统地研究了在特定排空时间下GasBenchⅡ顶空瓶内背景CO2的量和同位素组成变化,并检查了该空白CO2组分对碳酸盐C、O同位素在线测定的影响。结果发现,由于排空时间较短所导致的顶空瓶内剩余的空气CO2或由于排空方法不当所导致的外部空气少量回流都会对小样品量(100μg)碳酸盐C、O同位素测定结果产生显著影响。其影响程度取决于空白CO2的量和空白CO2与碳酸盐样品之间C、O同位素的差别大小。由此,对小样品量碳酸盐C、O同位素的测定结果进行了空白校正。当碳酸盐样品质量在20~100μg,校正后δ13C和δ18O值的标准偏差分别小于0.12‰和0.13‰,这证明了该空白校正方法的可行性。由于顶空瓶中空白CO2的量很小,所以对痕量CO2的量、δ13C和δ18O测定值的测定会存在一定波动,这对碳酸盐δ13C和δ18O校正值产生小于0.2‰的不确定度。采用准确测定的实验室空气CO2的δ13C和δ18O值则会大大减少该不确定度的影响。     

中国西部、东北地区湖泊沉积物中碳酸盐碳、氧和有机碳同位素组成及与环境的响应

湖泊沉积物中碳酸盐碳、氧和有机质碳同位素组成受湖泊环境介质的控制,可以有效地指示环境演化过程。通过对中国东北和西部青藏高原、新疆现代湖泊表层沉积物的碳酸盐的碳、氧同位素组成(δ13C、δ18O)、有机碳同位素组成(δ13Corg),以及有机质含量(TOC)、C/N分析研究,发现当湖泊中以浮游植物来源有机母质为主时,其δ13Corg为-30‰~-23‰;以硅藻为主的藻类来源时,δ13Corg为-30‰~-16‰;以挺水植物来源,δ13Corg为-30‰~-24‰;沉水植物来源,δ13Corg为-24‰~-16‰;以水生植物和陆生植物来源为主时,δ13Corg为-30‰~-20‰;当以陆生植物来源为主时,其δ13Corg为-26‰~-24‰。当西北地区半封闭湖泊表层沉积物中碳酸盐含量大于30%时,湖泊表现出δ13C、δ18O之间较好的正相关性,TOC主要以内源有机质来源为主。     

南海表层沉积物与沉降颗粒物中有机碳的δ~(13)C对比研究及其古环境再造意义

对南海表层沉积物与沉降颗粒物有机碳的δ13C进行了对比研究,从古环境再造方面探讨了陆源和海源对南海表层沉积物的贡献。南海表层沉积物有机碳的δ13C比沉降颗粒物中有机碳的δ13C偏重表明,Suess效应对南海现代过程的影响不可忽视,两者的δ13C差值反映了Suess效应对南海现代过程的影响程度。利用两者的δ13C差值,对现代陆源和海源有机碳的δ13C进行修正后,计算得到,在南海陆架周围表层沉积物的有机碳中,陆源的比例为48%,海源的比例为52%;在远离陆架的表层沉积物的有机碳中,陆源的比例为14%,海源的比例为86%。