210Pb和137Cs定年技术在湖泊沉积物中的应用与问题

湖泊沉积记录研究对了解流域侵蚀、揭示区域气候环境变化及人类活动影响、建立外生地球化学循环模式等均具有重要意义.放射性同位素~(210)Pb和~(137)Cs组合定年法是百年尺度湖泊沉积记录研究的首选方法,在过去几十年中得到了广泛应用,大力推动了湖泊沉积记录的高分辨率气候环境变化研究的开展.然而,如何理解和选择适用的计算模式来尽可能地提高定年准确度目前仍存在争议,这在一定程度上限制了该方法的应用.鉴于上述问题,本文基于本实验室近年来从青藏高原获取的若干支代表性湖芯的定年结果,从样品前处理、仪器及测试、数据分析及计算等全过程对~(210)Pb、~(137)Cs定年原理和方法进行了较为系统的阐述;在此基础上,提出了~(210)Pb定年样品封装原则,探讨了高纯锗γ谱仪在放射性活度测量中的影响因素,并建立了准确有效的比活度校正方法;明确指出了恒定初始浓度模式(constant initial concentration,CIC)可用于计算沉积物每层的年龄,而不是部分研究中认为的平均沉积速率,这对于深刻理解该定年模式并提供准确的定年结果具有重要的参考意义.同时,通过对比两种放射性核素的分布特征发现,相对于~(210)Pb而言,~(137)Cs更容易发生垂向迁移进而影响其时标准确性,这需引起研究者的充分重视,因此,当二者定年结果出现明显差异时,建议以~(210)Pb定年结果为准.     

青海湖表层底泥中放射性同位素137Cs的来源

青海湖是我国环境研究中的一个热点地区,近年来137Cs计年技术已在这一地区得到广泛的应用.已报道的青海湖沉积物中137Cs垂直分布曲线显示,剖面最表层0-1 cm泥沙的137Cs浓度约60 Bq/kg,大致为峰值浓度的2/3,远超过近年来大气沉降137Cs所应带来的沉积水平为查明青海湖表层底泥中放射性同位素137Cs的来源,深入理解湖泊沉积过程,本文对青海湖沉积剖面的137Cs面积活度与137Cs本底值、湖泊表层底泥的137Cs浓度与入湖河流洪水沉积泥沙开展了比对研究.结果表明核爆期间的大气直接沉降是青海湖东南湖湾表层沉积物中的137Cs主要来源,约占4/5,风沙和入湖径流河沙的间接输入的137Cs仅占1/5而最表层0-1 cm的沉积物中137Cs很可能主要来源于底泥扰动,在这样的情况下,利用沉积岩芯开展青海湖环境研究时,分辨率的选取需要慎重考虑这一因素.     

不同时间尺度下的湖泊沉积物环境记录——以沉积物粒度为例

在湖泊沉积记录与古气候研究中, 沉积物粒度的环境意义常常解释为: 粗粒沉积物指示低水位时期的干旱气候, 细粒沉积物指示高水位时期的湿润气候. 本文通过对云南洱海和程海现代沉积物粒度的研究, 揭示了沉积物粒度在不同时间尺度、不同时间分辨率的研究中具有不同的环境指示意义. 在长时间尺度、低分辨率(百年、千年)研究中, 粗粒沉积物指示湖泊收缩、湖水较浅的干旱气候期; 细粒沉积物指示湖泊扩张、湖水较深的湿润气候期. 在短时间尺度、高分辨率(年际、10 a)研究中, 粗粒沉积物指示降雨量较大的湿润年份; 细粒沉积物指示降雨量相对较小的干旱年份. 由于不同时间尺度研究中沉积分辨率、采样分辨率和定年精度的不同, 湖泊沉积物记录所反映的环境信息在不同尺度下因此可能存在差异. 在由以往的长时间尺度、低分辨率研究转向短时间尺度、高分辨率研究的过程中, 不能简单套用各种指标在长尺度研究中的环境指示意义, 必须结合研究的时间尺度和分辨率, 综合分析各种因素对环境记录的影响方式和程度, 才能得出可靠结论.     

137Cs湖泊沉积年代学方法应用的局限——以Crawford湖为例

＾１３７Ｃｓ湖泊沉积年代学方法是测定现代湖泊沉积物沉积年代和沉积速率的重要同位素年代学方法之一。对加拿大Ｃｒａｗｆｏｒｄ湖采集的沉积孔柱内＾１３７Ｃｓ垂直分布的研究发现,该方法给出时的标有明显偏差。比较＾２１０Ｐｂ和纹层等年代方法的结果,其１９６３年时标蓄积峰值所在位置明显移向表层,而作为１９５４年时标的该核素出现蓄积的层位则远早于该年沉积物蓄积层位。研究还表明,孔柱中较高的间隙水含量、缺少足以吸     

湖泊沉积物14C年龄硬水效应校正初探——以青海湖为例

在深入探讨湖泊硬水效应成因和变化规律的基础上,借鉴海洋碳库效应校正方法,首次利用湖水和大气14C放射性比度之间关系的方法对青海湖沉积物14C年龄进行硬水效应校正,并重建了青海湖硬水效应在过去8 ka中的变化过程.笔者认为,青海湖表层沉积物有机质14C年龄不老于1549 aBP,青海湖硬水效应在7000-1000 aBP期间是逐渐增强的.     

南方水库季节性热分层消亡对沉积物铁和磷迁移的影响——以南宁市天雹水库为例

为了探究我国南方地区水库季节性热分层消亡前后沉积物铁和磷的迁移规律,于2019年11月-2020年1月对天雹水库多点位(浅水区和深水区)水体理化指标进行原位监测,并利用薄膜扩散梯度技术(DGT)高分辨率获取沉积物有效态铁和磷的浓度分布.结果 表明:(1)天雹水库沉积物有效态Fe和P浓度分别为4.67～18.72和0.0...     

喀斯特筑坝河流中生物碳泵效应的碳施肥及对水化学时空变化的影响——以贵州平寨水库及红枫湖为例

耦联水生光合作用的碳酸盐风化碳汇是全球碳循环的重要组成部分,而生物碳泵效应是稳定碳酸盐风化碳汇的关键机制.河流筑坝后,生物碳泵效应的变化、控制因素及对水化学影响的研究甚少.本研究对2个喀斯特筑坝河流平寨水库和红枫湖进行系统采样,以研究河流筑坝后生物碳泵效应的变化、控制因素及对水化学的影响.研究结果表明,入库河流的水化学变化不明显,而2个水库的水化学则表现出显著的季节变化特征,具体表现为水库的水温和pH均呈现出夏季高、冬季低的变化特征,而电导率（EC）、HCO₃^-浓度和pCO₂则表现出夏季低、冬季高的季节变化特征.以叶绿素a（Chl.a）浓度和溶解氧（DO）饱和度指代的生物碳泵效应则是在夏季最强、冬季最弱.生物碳泵效应利用溶解性无机碳（DIC）,形成有机质并释放出氧气,是造成夏季水库pH值和DO饱和度升高,电导率（EC）、HCO₃^-浓度和pCO₂降低的主要因素.空间上,水库的Chl.a浓度及DO饱和度均大于河水,EC、HCO₃^-浓度和pCO₂均小于河水,这表明河流筑坝后,由于水库的“湖泊化”导致水库的生物碳泵效应显著提高.通过对Chl.a与碳、氮和磷浓度及化学计量比的相关性分析发现,平寨水库和红枫湖的生物碳泵效应受到碳施肥的影响.平寨水库和红枫湖水库生物碳泵效应碳施肥机制的发现,表明在喀斯特地区,生物碳泵效应不仅受到氮磷元素的控制,也受到碳元素的控制,因此在富营养化湖泊治理时,也应考虑碳的影响.     

沉积物放射性元素含量对粒度及气候变化的响应——以福州盆地SZK1、SZK2钻孔地层为例

根据福州盆地2个钻孔地层放射性元素(铀、钍、钾)含量的变化特点,结合孢粉分析等结果,探讨了地层放射性元素含量变化与岩性、沉积环境的关系。沉积地层中的放射性元素含量与沉积物粒度、岩性等密切相关,在泥质沉积(如淤泥、黏土)中含量较高,在砂质沉积中较低,在砾石层中介于前两者之间。同时,放射性元素含量的高低还与古气候环境有关,温暖潮湿的环境放射性元素含量较高,凉爽干燥的环境含量较低     

铁对拟柱孢藻(Cylindrospermopsis raciborskii)和角星鼓藻(Staurastrum spp.)季节动态和生长的影响——以广东大沙河水库为例

拟柱孢藻（Cylindrospermopsis raciborskii）和角星鼓藻（Staurastrum spp.）是热带亚热带浮游植物群落中的常见优势种类,为了解铁对2种浮游植物季节动态和生长的影响,本文通过对典型热带水库的野外调查,分析铁与2种藻生物量和相对生物量的季节动态的关系,并通过室内实验分别以无机磷（KH₂PO₄）和有机磷（C₆H₁₃O₉P）为磷源,比较3种铁浓度（0.029、0.29和0.689 mg/L）下拟柱孢藻（C.raciborskii,N8）和角星鼓藻（Staurastrum sp.,FACHB-1449）的比生长速率、铁载体产量和碱性磷酸酶活性的差异.结果显示,拟柱孢藻和角星鼓藻是浮游植物群落的主要优势种类,两者的生物量最大占到总生物量的82%以上;两者对环境变量响应的区别主要体现在对溶解性铁浓度变化的响应差异上,拟柱孢藻生物量与溶解性铁有显著的线性回归关系,但角星鼓藻的生物量与铁没有显著线性回归关系.室内实验中,拟柱孢藻N8的比生长速率在无机磷源铁浓度为0.689 mg/L条件下最大,为0.098±0.01 d^-1,2种磷源条件下比生长速率均随铁浓度降低而显著降低,6个实验组均检到铁载体：6个实验组角星鼓藻FACHB-1449的比生长速率没有明显差异,平均为0.079±0.001 d^-1,均未检出铁载体,磷源和铁浓度对其比生长速率的影响不显著;有机磷源条件下,拟柱孢藻N8实验组碱性磷酸酶活性均显著高于角星鼓藻FACHB-1449实验组,拟柱孢藻N8实验组酶活性随铁浓度降低而显著降低,但角星鼓藻FACHB-1449各实验组的碱性磷酸酶活性无明显差异.以上结果表明,水体中溶解性铁的供应对拟柱孢藻的种群动态和优势有重要作用,与角星鼓藻相比,拟柱孢藻的生长更易受到铁的限制,尤其在无机磷缺乏、磷源主要以有机磷形式供应时,铁对拟柱孢藻生长的限制作用增强.     

南极阿德雷岛湖泊沉积210Pb、137Cs定年及其环境意义

测试了南极阿德雷岛两个湖泊 (Y2和G)沉积物的2 10 Pb和137Cs比度 .根据2 10 Pb和137Cs比度垂向变化特征 ,采用CRS模式对G湖进行了定年 ,年龄跨度大约为 134± 43年 ,并据此计算了G湖的沉积速率 .近大约 10 0年来G湖呈增长变化的沉积速率以及沉积物2 10 Pb ,137Cs蓄积量和沉降通量远大于大气直接沉降 ,可能是温度升高引起该地区大量冰雪 (盖 )融水携带补充的结果 .     

Application of ~(137)Cs fingerprinting technique to interpreting sediment production records from reservoir deposits in a small catchment of the Hilly Loess Plateau, China

According to variations of 137Cs and clay contents, 44 flood couplets were identified in a profile of res- ervoir deposit with a vertical length of 28.12 m in the Yuntaishan Gully. Couplet 27 at the middle of the profile had the highest average 137Cs content of 12.65 Bq·kg?1, which indicated the 1963s' deposits, then 137Cs content decreased both downward and upward in the profile. The second top and bottom couplets had average 137Cs contents of 2.15 Bq·kg?1 and 0.92 Bq·kg?1, respectively. By integrated analysis of reservoir construction and management history, variations of 137Cs contents over the profile, sediment yields of flood couplets and rainfall data during the period of 1958-1970, individual storms related to the flood couplets were identified. 44 floods with a total sediment yield of 2.36×104 m3 occurred and flood events in a year varied between 1 and 10 times during the period of 1960-1970. 7-10 flood events occurred during the wet period of 1961-1964 with very wet autumn, while only 1-2 events during the dry period of 1965-1969. Average annual specific sediment yield was 1.29×104 t·km?2·a?1 for the Yuntaishan Gully during the period of 1960-1970, which was slightly higher than 1.11 ×104 t·km?2·a?1 for the Upper Yanhe River Basin above the Ganguyi Hydrological Station and slightly lower than 1.40 ×104 t·km?2·a?1 for the nearby Zhifang Gully during the same period. Annual specific sediment yields for the Yuntaishan Gully were correlated to the wet season's rainfalls well.     

云南省泸沽湖、洱海现代沉积物中210Pb,137Cs的垂直分布及其计年

云南省泸沽湖,洱海＾２１０Ｐｂｅｘ的垂直分布受Ｆｅ,Ｍｎ循环下＾２１０Ｐ;ｏ和＾２１０Ｐｂ沉积后再迁移的影响,分别表现为三种不同的剖面分布特征,＾２１０Ｐｂｅｘ计年的没积物堆积速率分别为０．０５０－０．０５１ｇ．ｃｍ＾－２ａ＾－１和０．０４４－０．０４６ｇ．ｃｍ＾－２ａ＾－１,反映百年时间尺度上的堆积结果,泸沽湖,洱海＾１３７Ｃｓ的垂直剖面分布虽然受分子扩散作用的影响,并没有改变其峰值位置。     

137Cs和241Am在滇池、剑湖沉积孔柱中的蓄积分布及时标意义

自70年代以来,对湖泊沉积物中核试验散落核素的研究已成为研究现代湖泊沉积过程和沉积年代及沉积速率的一个重要方面,本文通过对分别采自云南省滇池、剑湖的两个沉积孔柱中~(137)Cs和~(241)Am蓄积分布的研究,测定了它们60、70年代以来的沉积速率分别是42.1和28.7mg/(cm~2·a)。研究发现,虽然~(241)Am的含量远低于~(137)Cs,但~(241)Am具有沉积后迁移能力较小,半衰期长等特点,因而随着时间的推移,在未来湖泊现代沉积作用的研究中将会显示出越来越重要的作用。     

Application of <Superscript>137</Superscript>Cs fingerprinting technique to interpreting sediment production records from reservoir deposits in a small catchment of the Hilly Loess Plateau,China

According to variations of 137Cs and clay contents, 44 flood couplets were identified in a profile of reservoir deposit with a vertical length of 28.12 m in the Yuntaishan Gully. Couplet 27 at the middle of the profile had the highest average 137Cs content of 12.65 Bq kg-1, which indicated the 1963s' deposits, then 137Cs content decreased both downward and upward in the profile. The second top and bottom couplets had average 137Cs contents of 2.15 Bq kg-1 and 0.92 Bq kg-1, respectively. By integrated analysis of reservoir construction and management history, variations of 137Cs contents over the profile, sediment yields of flood couplets and rainfall data during the period of 1958-1970, individual storms related to the flood couplets were identified. 44 floods with a total sediment yield of 2.36×104 m3 occurred and flood events in a year varied between 1 and 10 times during the period of 1960-1970. 7-10 flood events occurred during the wet period of 1961-1964 with very wet autumn, while only 1-2 events during the dry period of 1965-1969. Average annual specific sediment yield was 1.29×104 t km-2 a-1 for the Yuntaishan Gully during the period of 1960-1970, which was slightly higher than 1.11 ×104 t km-2 a-1 for the Upper Yanhe River Basin above the Ganguyi Hydrological Station and slightly lower than 1.40 ×104 t km-2 a-1 for the nearby Zhifang Gully during the same period. Annual specific sediment yields for the Yuntaishan Gully were correlated to the wet season's rainfalls well.     

Assessment of sediment yield in a small karst catchment by using 137Cs tracer technique

There is very thin soil layer in karst rocky desertification areas in Southwest China,sediment deposition and sediment yield in the karst area affects the development of vegetation greatly.In the present study,the ¹³⁷Cs technique was used to assess the rate of sediment deposition and sediment yield in a small karst catchment.The ¹³⁷Cs inventory within the depression varied between 800 m^-2 and 2,200 Bq m^-2,with the mean value of 1,500.1 Bq m^-2.The ¹³⁷Cs reference inventory at a nearby reference site was 805.9 Bq m^-2.It could be inferred to that sediment deposition had occurred in the catchment.The mean depth of sediments deposition in the depression was 6 cm and the deposition rate was approximately 0.13 cm yr^-1.The analysis of the topographic characteristics of the catchment revealed that the sediment deposition occurred mainly at the lower part of the small catchment.Although,there was a sinkhole in the depression,little sediment had drained out with runoff through the sinkhole,because the local people built ridges around the sinkholes for storing water.According to this,sediment yield rate in the small catchment was estimated to be approximately 19.25 to 27.5 t km^-2 yr^-1,and the extremely low sediment yield was maybe the main obstacle to vegetation restoration in karst rocky desertification areas.     

利用210Pb、137Cs和241Am计年法测算云南抚仙湖现代沉积速率

通过对云南抚仙湖沉积物柱芯样品的210Pb、137Cs和241Am测试表明,柱芯剖面上有明显的1963年和1986年137Cs蓄积峰,验证了1975年次级蓄积峰存在的可能性,这些峰形完好的蓄积峰对抚仙湖的现代沉积环境有明显的时标意义。利用137Cs计年法得到抚仙湖沉积物自1963年、1975年及1986年以来到2007年的平均沉积速率分别为0.063g/(cm2·a)、0.052g/(cm2·a)和0.039g/(cm2·a),说明了过去近五十年抚仙湖沉积速率整体上经历了一个由快到慢的过程。借助于241Am 的1963年蓄积峰可以提高137Cs计年的准确性。根据210PbCRS计年模式,计算出每个样品深度所对应的年代,与137Cs计年法比较存在一定的偏差,分析了两种计年方法存在差异性的原因。通过质量深度和年代分析,抚仙湖的沉积速率变化幅度比较大,表明抚仙湖近129年来的沉积环境不稳定,可能与相应历史时期的人类活动有密切的关系。