华南埃迪卡拉纪-寒武纪过渡期的有机碳同位素梯度和海洋分层

埃迪卡拉纪-早寒武世是地球历史上碳循环的重大波动期,但有关其成因和古环境意义仍存在很大分歧.为阐明这一问题,本文对华南晚埃迪卡拉纪-早寒武世两条剖面进行了高分辨的碳同位素研究.在浅水相区九龙湾-季家坡剖面,晚埃迪卡拉纪灯影组大部分δ13Corg值在δ29‰~δ24‰变化;而在深水相区龙鼻嘴剖面,大部分δ13Corg值在δ35‰~δ32‰.这些新的研究结果与华南埃迪卡拉纪δ早寒武世其他剖面发表的δ13Corg数据对比表明,δ13Corg在时间和空间上均存在着巨大变化,并受岩相的明显约束.在以碳酸盐岩为主的地层中,δ13Corg相对较高,通常大于δ30‰;而在黑色页岩和暗色硅质岩为主的地层中,δ13Corg相对较低,一般小于δ32‰.这种有机碳同位素组成的显著差异很难以存在巨大的溶解有机碳库(DOC)解释,我们认为不同微生物类群的贡献可能是导致这种差异的主要因素.浅水相样品中较高的δ13Corg值(δ30‰)与显生宙同位素变化相近,可能反映了光合作用为主的同位素分馏;而深水样品较低的δ13Corg值(δ32‰)可能反映了缺氧环境条件下化能自养或甲烷氧化微生物对有机质的重要贡献.这意味着在埃迪卡拉纪-早寒武世之交扬子地台的海洋仍处于强烈分层状态,且氧化还原界面波动频繁.     

华南埃迪卡拉纪陡山沱盆地氧化界面的迁移与碳同位素异常

华南埃迪卡拉纪陡山沱组的稳定同位素分析显示,从陆架到盆地不同剖面之间的同位素存在明显差异．贵州松林剖面代表了台内盆地沉积,其δ^13C值在整个陡山沱组都明显偏负（-3‰--5‰,VPDB）．位于斜坡相的五河剖面也有类似特征（-5‰--10‰,VPDB）．而在瓮安和朵丁两个台地相剖面,陡山沱组的δ^13C值大致显示出两个负异常,但叠加了明显的米级变化,而且其δ^13C绝对值与华南三峡地区及全球其他地区同时代地层明显不同．这种不同剖面之间的同位素差异,如果在某种程度上代表了古代海水的地球化学特征,则可能记录了陡山沱盆地氧化界面在空间和时间上的不稳定性．综合华南与全球其他埃迪卡拉系地层δ^13C数据的分析表明,陡山沱盆地的δ^13C变化总体上和埃迪卡拉海洋巨大的溶解有机碳储库的存在和氧化是一致的,但区域环境对新元古代同位素变化也有明显的控制作用．因此,利用δ^13C异常作为时间界面进行地层对比需要更加谨慎．     

揭秘地质历史时期最大碳同位素负偏事件的本质

<正>碳循环通过大气-海洋的酸碱及氧化还原过程对地球表层化学环境起着关键控制作用,是地球表层环境演化的“发动机”.因而,弄清地球碳循环演化对于理解地球宜居性演化至关重要.作为地球宜居性演化过程中由前寒武纪向显生宙-现代地球系统转变的关键期,埃迪卡拉纪(635～539Ma)在全球范围内发生了地质历史上最大的一次沉积碳酸盐碳同位素组成(δ¹³C_carb)的负偏事件,     

南海溶解有机碳生产的定量评估

南海是西太平洋最大的半封闭型边缘海,也是受东亚季风强烈影响的海区.叶绿素、初级生产力和输出生产力等重要生物地球化学指标都具有显著的季节性变化.而溶解有机碳(DOC),尤其是具有不同生物可利用性组分的源汇变化研究则相对较少.本研究利用物理-生物地球化学耦合模式定量评估了活性、半活性和惰性DOC的季节性生产速率,分析了南海有机物时空变化的动力机制及其收支平衡.模拟结果显示三类DOC的生产均与浮游植物初级生产力(NPP)高度相关.在海盆内部,DOC生产及NPP在冬季最高,夏季较低.而在北部近岸区域,珠江径流变化控制了NPP与DOC生产,夏季高,冬季低.在东北部的吕宋海峡西侧,黑潮入侵引起的锋面过程造成了高的冬季DOC产率.在西南部的越南岸外,夏季上升流与冬季混合都促进DOC生产.惰性DOC生产对海洋碳封存的贡献不可忽视,其年平均产率为(1.8±0.5)mg C m^?2d^?1,相当于1000m水层颗粒有机碳输出通量的26%.     

陕南镇巴地区灯影组白云岩的碳、硫同位素和微量元素指示:埃迪卡拉纪末期浅海的氧化还原环境

系统地报道了陕南镇巴县两河口剖面灯影组海相碳酸盐岩中的碳、硫同位素和微量元素(包括REE)的变化,着重探讨灯影晚期(碑湾段)白云岩沉积时期的扬子地台北缘古海洋的氧化还原环境变化.在两河口剖面的碑湾段,中部约50 m厚的白云岩中ΣREE含量较低、无明显MREE富集、Ce/Ce*接近1且氧化还原敏感元素和P明显富集;而其下部约30 m厚和上部约10 m厚的白云岩地层则表现出明显不同的特征:ΣREE含量较高、MREE相对富集、Ce/Ce*为0.6左右的低值,且氧化还原敏感元素没有明显的富集.本研究表明,扬子北缘的浅海在灯影时期可能曾氧化;灯影晚期大致经历了从比较氧化到还原,再重新氧化的过程.发生在碑湾段中期的还原事件可能与深部缺氧的水体上涌有关.上涌的还原水体一方面带来了大量的营养元素,促进了初级生产力和有机碳的埋藏,造成碳酸盐岩高达3.6‰的δ13C值;另一方面,使浅海返回还原状态,有机质供给的增加使细菌硫酸盐还原作用增强,海水中的硫酸盐不断被消耗,造成海水的δ34S值高达大约50‰.但随着上升流的消失,扬子地台北缘浅海又恢复到了弱氧化或氧化状态.     

若尔盖盆地RH孔有机碳同位素序列指示的古气候事件诊断

定量化是过去全球气候变化研究的必然趋势,突变事件的诊断是古气候定量化研究中极其重要的过程。本文运用Ｍ－Ｋ法和ｔ检验法对ＲＨ孔有机碳同位素序列进行了气候突变诊断研究。结果发现,近８００ｋａＢＰ来该区气候存在明显的突变,且突变开始于４７０ｋａＢＰ。进一步的研究发现４７０ｋａＢＰ开始的这一气候突变事件与青藏高原的构造隆升有密切的关系。     

湖泊沉积有机碳同位素与环境变化的研究进展

湖泊沉积有机质稳定碳同位素（δ^13Corg)在区域气候与环境变化方面的应用近年来发展迅速,成果令人瞩目,保存在各类湖泊岩芯中的δ^13Corg记录揭示了晚更新世以来大气CO2浓度的变化、湖泊水位波动、湖区生态与植被的变迁以及气温变化等重要环境信息,由于造成δ^13Corg值变化的影响因素较多,确定个湖与环境变化有关的主导因素时常有赖于其它证据的帮助,诸如地球化学、古湖沼学、孢粉学、分子同位素地层学等等,前人通过研究来自不同类型湖泊、具不同曲线形态特征的δ^13Corg记录,提出了多种环境解释模型,本文对此作了归纳和评述。鉴别和澄清湖泊沉积有机质的源物质以及有机物源随环境变化而发生过的变化,是研究δ^13Corg记录环境意义至关重要的基础性工作,由于有机质含量、碳氮比值、氢指数、生物残留物鉴别等常能提供有关有关湖泊有机质来源、产率、成岩作用等方面的有用信息,这方面的研究结果应该尽可能一并提供,以利于恰当地应用现有的环境解释模型,或者建立个湖新模型,单体生物标志化合物鉴别通常也能为区分湖积有机质中陆生、水生、细菌生等不同碳的来源提供有用信息,特定化合物同位素分析技术近年来成功地应用于建立单体生物标志化合物碳同位素地层学,为湖积有机碳同位素在生态环境演变研究方面的应用提供了思路,我国许多湖泊的湖底沉积岩芯尚未钻取,那些对过去全球变化研究有价值的δ^13Corg记录有待我们去获取和研究。     

华南伊迪卡拉纪碳同位素时空变化及其对生物演化的影响

伊迪卡拉纪以地史上最突出的同位素负异常和重大的生物演化为重要特征. 迄今华南伊迪卡拉纪至少已报道了4个显著的同位素负向漂移. 以往多数研究认为这些同位素变化可做为这个时期全球地层对比的工具, 而近年的研究表明可能并非如此. 本文核查了华南各地伊迪卡拉系取得的碳同位素分析数据, 并分两个不同时期在古地理图上投点, 发现在同一时期不同沉积环境背景下碳同位素值(δ¹³C)空间分布变化很大, 但均显示出从浅水台地到深水盆地相区由正变负的明显趋势, 变化幅度高达11‰. 在纵向分布上, 重要新生物类群或生态类型的出现往往发生在碳同位素由负异常向正偏转折期, 在正偏期明显丰富多样. 如果碳同位素负偏移反映了海洋巨大溶解有机碳库的氧化过程, 则碳同位素正偏期的生物群快速发展和显著负异常可能代表了有氧和缺氧/富硫两种完全不同的环境条件. 我们认为黄铁矿或硫化物的大量析出对海洋富硫状态解除有重要贡献, 而后者可能是促进伊迪卡拉生物群演化的重要环境因素之一.     

寒武系碳同位素漂移事件的全球对比性分析

通过分析目前寒武系已有的δ13C数据,从中至少可筛选出4次具有跨板块对比潜力的碳同位素漂移事件.由下至上标定为：（1）寒武系底界幅度介于4‰～10‰的负漂移,相当于＂BACE＂;（2）纽芬兰统幸运阶之顶至第2阶底,幅度大于5‰的正漂移,相当于＂ZHUCE＂;（3）第二统与第三统界线处δ13C最小值为-3‰～-5‰的负漂移,对比为＂ROECE＂;（4）芙蓉统排碧阶底部幅度约4‰的正漂移——＂SPICE＂.这4期碳同位素漂移与海洋环境重大变化及其引发的生物演化事件在时间上存在关联性,表现为：＂BACE＂与同期的大洋缺氧事件以及艾迪卡拉纪生物灭绝事件对应;＂ZHUCE＂与扬子地台第3小壳化石组合带对应;＂ROECE＂与同期三叶虫绝灭及海进事件对应;＂SPICE＂则与同期三叶虫绝灭及海退事件对应.另有一些源于区域剖面的漂移,其是否具有大区之间的对比意义,尚需对不同板块的同时代地层做更多的数据测试方可定论.     

云南中甸纳帕海古环境演化的有机碳同位素记录

中甸纳帕海位于云贵高原横断山脉腹地,其成因与碳酸岩类地层长期溶蚀有关,在丰水期和枯水期纳帕海的水位相差很大,枯水期常形成浅水池沼,因而造成枯水期和丰水期水生植被的发育状况有很大的差异,枯水期由于水生植物（飘浮和挺水植物）发育,造成总有机碳和氢指数的增加,有机碳同位素偏负,丰水期出现相反的演化趋势,进一步轮推表明在暖干的气候条件下纳帕海极易形成枯水位,在冷湿的气候下可维持相对高的水位,古环境重建表明纳帕海在大约32kaBP和15kaBP出现环境的重大于变迁,32-15kaBP出现高湖面。     

呼伦湖东露天矿剖面有机碳的总量及其稳定碳同位素和古环境演化

湖泊沉积物中有机碳的总量（TOC）取决于湖泊的初始生产力及有机质沉积后的保存能力,而有机碳的稳定同位素（δ~(13)C）值则反映了不同来源有机质的组成以及流域古植被状况。本文通过对内蒙呼伦湖东露天煤矿剖面TOC及δ~(13)C值的垂直分布的研究,结合剖面的沉积特征及孢粉、硅藻分析结果,讨论了呼伦湖地区末次冰期以来古气候古环境演化过程。结果表明有机碳的总量及其稳定碳同位素可作为分析古气候环境的一种有效的代用指标。     

黄土高原现代土壤和古土壤有机碳同位素对植被的响应

黄土高原古土壤碳同位素与古植被的关系是一直未能很好解决的问题. 其中一个主要原因是由于对该地区现代C₄/C₃植被分布特征与现代土壤碳同位素组成之间的关系缺乏足够的了解. 初步研究了黄土高原主要植物及现代土壤碳同位素组成, 对比了现代土壤和黄土-古土壤序列的有机碳同位素组成变化特征. 结果表明: 黄土高原现代植被以C3植物为主, C₄植物主要来自适宜在暖湿条件下生长的禾本科植物(如白羊草Bothriochloa ischaemum和狗尾草Setaria viridis等). 森林土壤的碳同位素组成δ ¹³C值明显低于黄土塬面的碳同位素组成, 现代土壤的碳同位素组成与现代植被的分布是一致的. 根据此关系推断: 在相对暖湿的古土壤阶段(间冰期)C₄草本植物比例增加, 在相对干旱的黄土阶段(冰期)灌木和C₃草本植物比例增加.     

南四湖沉积剖面中色素与有机碳同位素特征的古环境意义

湖泊沉积物中的色素含量与种类是研究湖泊初始生产力和湖泊环境的有效手段之一．而有机碳同位素比值反映了沉积有机物来源信息．本文在对南四湖沉积剖面中总有机碳含量分析的基础上,测定了有机碳的同位素比值,同时通过剖面中色素指标的分析,揭示该湖泊环境演化历史．研究表明,南四湖成湖时代为2．45kaB．P,成期水体主要来自黄河泛滥;其次,南四湖东西沉积环境差异较大,西部（微山湖）主要受黄河泛滥影响,东部（独山湖）则为山麓碎屑沉积;近代南四湖中蓝藻大量繁盛,湖泊具有逐步向富营养化发展的趋势．     

南四湖沉积剖面中色素与有机碳同位素特征的古环境意义

湖泊沉积物中的色素含量与种类是研究湖泊初始生产力的湖泊环境的有效手段之一。而有机碳同位素比值反映了沉积有机物来源信息。本文在对南四湖沉积剖面中总有机含量分析的基础上,测定了有机碳的同位素比值,同时通过剖面中色素指标的分析,揭示该湖泊环境演化历史。研究表明,南四湖成湖时代为２．４５ｋａＢ．Ｐ．,成湖水体主要来自黄河泛滥;其次,南四湖东西沉积环境差异较大,西部（微山湖）主要受黄河泛滥影响,东部（独山湖     

基于通径分析法的太湖蓝藻水华定量气象评估模型

利用2005-2017年太湖周边区域气象观测资料和基于遥感解译的蓝藻水华信息,基于信息量权数法构建太湖蓝藻水华影响程度指数（简称为蓝藻指数）,应用通径分析法,分析年平均气温（T_y）、1-3月平均气温（T_1-3）、年降水量（R_y）、6-7月降水量（R_6-7）和年高温日数（D_Tmax）5个气象因子对蓝藻水华影响的直接效应和间接效应,在此基础上构建太湖蓝藻水华气象评估模型.结果表明,2007年蓝藻指数值最大,为0.759,2017年其次,为0.709,2009年最小,仅为0.113,蓝藻指数与实际情况基本相符;直接通径系数中T_y和T_1-3为正值,其余为负值,表明T_y和T_1-3对蓝藻水华的发生发展具有正效应,而R_y、R_6-7和D_Tmax具有负效应,总通径系数绝对值排序为：T_y > T_1-3 > R_y > R_6-7 > D_Tmax,由此可以反映各气象因子对蓝藻水华影响程度的权重.根据模型计算的综合气象指数与蓝藻指数之间的相关系数达0.826,通过0.01显著性检验,根据百分位法将蓝藻指数和气象指数进行等级划分,分类总精度为84.6%,其中中度以上达90.9%,表明模型能够较好地反映综合气象因子与蓝藻水华发生发展程度的关系,在水体富营养化程度没有明显改善的情况下,可用于太湖蓝藻水华定量气象评估.上述研究结果有助于更好地理解环境因子、尤其是气象因子在蓝藻生长和水华形成机制中所起的作用,从而为太湖蓝藻水华的监测、预测预警和精细化防控提供理论依据.     

湖泊沉积物不同粒级组分有机碳同位素差异及其对实验结果的影响

湖泊沉积物有机质碳同位素因常被用于识别沉积物中有机质来源或流域植被信息而逐渐成为一个常规代用指标,但当沉积物中有机质含量变化显著、赋存状态不同时,采用统一分析方法(全样或某一粒级组分)测试的结果在不同含量或赋存状态时是否会产生偏差,目前没有详细的研究进行评价.利用嘎顺诺尔湖泊沉积物,采用全样品、细颗粒组分(过120目筛和360目筛),分别进行有机质含量和同位素分析,评价选择不同粒级样品因有机质赋存状态不同对有机碳同位素分析结果的影响.结果显示,不同组分的烧失量或元素分析仪方法测得的有机质含量变化趋势相同,但不同组分的有机碳同位素结果出现差异:全样的有机碳同位素值存在较大波动,随着过筛孔径变小,δ¹³C_org值波动减小,且过360目筛的细颗粒组分的碳同位素值较全样或过120目筛后组分的δ¹³C_org值偏负.这一差异与有机质组分赋存的颗粒范围有关.对比认为过360目筛的细颗粒组分更有利于充分反应,且可获得较为准确的同位素值.因此,在进行不同湖泊沉积物δ¹³C_org值对比时,应注意研究使用样品的前处理方式,相同处理方式下的结果更具有可比性.该研究结果对于湖泊沉积物有机质碳同位素分析具有参考意义.     

黄土高原中部450ka以来植被演化的有机碳同位素与分子化石记录

黄土高原地质历史时期不同时间尺度上的植被演化规律与气候环境影响因素,以及植被替代性指标的解译等问题还值得进一步研究.本工作拟通过对灵台黄土剖面450ka以来黄土-古土壤样品总有机碳同位素(δ~(13)CTOC)和正构烷烃含量组合参数如C31/C27进行综合对比研究,从而为明晰这些问题提供一些新的讨论和证据.结果表明,450ka以来黄土高原中部C_3、C_4植物混生,以C_3植物为主;按生活型则草本、木本混生,以草本植物为主.在黄土高原气候较温暖湿润的MIS9(S3时期),MIS5(S1时期)阶段,可能出现过C_3木本植物的短暂增多,但总体上不存在大面积的森林.在阶段性变化上,黄土高原130ka以来草本植物总体增多,可能与区域性气候干旱化有关.在轨道尺度上,全新世较末次冰期,MIS11(S4时期)较MIS12(L5时期)C_3草本植物减少;在其他几个冰期旋回,间冰期较相应冰期C_3草本植物增多.植被替代性指标与建群种蒿属孢粉量的变化吻合较好,其变化可能与冰期旋回上水热配置有关.MIS1(S0时期)与MIS11(S4时期)气候相似,但全新世时期松属乔木的大量增多,暗示了人类活动和生态因子火活动的影响.     

南海东北部陆坡天然气水合物分解释放成因的有孔虫碳同位素轻值事件

2013年中国地质调查局广州海洋地质调查局对南海北部实施第二次天然气水合物钻探并成功钻获可视天然气水合物实物样品,共有五个站位获取沉积物岩芯.本文对其中的GMGS2-08站位沉积物开展有孔虫同位素分析研究,以了解天然气水合物地质系统有孔虫的碳同位素特征及其对甲烷释放的响应.GMGS2-08岩芯沉积物中顶空气甲烷浓度最高达到39300μmol L~(-1),气态烃δ~(13)C值在-69.4~-72.3‰PDB,明确指示其为生物成因,根据甲烷δD测试结果(-183~-185‰SMOW)可进一步判别为CO2还原型微生物气.同位素分析结果显示GMGS2-08站位所获得的岩芯中共出现5期有孔虫碳同位素轻值事件,有孔虫δ~(13)C值明显低于南海冰期-间冰期的正常变化区间,底栖Uvigerina peregrina出现-15.85‰PDB的δ~(13)C极轻值,浮游Globigerinoides ruber的δ~(13)C值同样低至-5.68‰PDB.电镜扫描发现δ~(13)C负偏层位有孔虫壳体经历后期成岩改造被自生碳酸盐所充填,有孔虫壳体的成岩矿化程度与埋深并不相关.与有机碳的相关性计算表明有机质的厌氧氧化对底栖有孔虫的δ~(13)C组成影响微弱,意味着有孔虫的δ~(13)C异常负偏可能主要来源于甲烷厌氧氧化成因的次生碳酸盐的叠加影响.GMGS2-08岩芯记录中有孔虫δ~(13)C负异常和δ~(18)O正异常的耦合性是地质历史时期研究区天然气水合物分解释放的重要证据.     

咸水湖盆沉积物原始有机碳定量恢复的新方法——以青海湖布哈河口区沉积物为例

烃源岩中原始有机碳(TOC)总量的恢复是烃源岩评价的重点和难点,以青海湖西北部的布哈河口区沉积物为研究对象,探讨一种全新的利用沉积物中硼元素含量对原始TOC含量进行恢复的方法.布哈河口区沉积物主要为泥、粉砂、细砂及其过渡类型,黏土矿物含量总体较低,沉积物中干酪根类型主要为Ⅱ1和Ⅱ2型,有机质大部分来自陆源生物,少量来自水生生物.布哈河口区沉积物中TOC含量介于0.02%~4.29%之间,其中半深湖及前三角洲环境TOC含量总体较高.有机质对部分微量元素有明显的富集作用,沉积物中TOC含量与硼、钪、钴、镍、锌、镓、铷、铯、铅及铀等微量元素存在明显相关性.有机质对微量元素的富集能力和强度受沉积物和水体接触时间控制,因此微量元素与TOC含量的相关性在不同沉积环境存在明显差异:在河流、三角洲平原、前三角洲、浅湖及半深湖沉积区较高,而在滨湖区较低.硼元素对TOC含量变化的反映最灵敏,即便是在间歇暴露的滨湖沉积中硼含量与TOC含量呈明显的正相关性,因此硼可以作为反映烃源岩原始TOC含量的有效指标.根据布哈河口区沉积物中硼含量与TOC含量之间极好的线性相关性,建立了利用烃源岩中的硼含量对原始TOC含量进行定量计算的公式,该公式主要适用于陆相微咸水、半咸水及咸水环境泥质岩类原始TOC总量的恢复.