黄土碳酸盐的研究

黄土是过去气候变化研究的重要对象之一。黄土中的碳酸盐则是黄土研究的一个重要内容。黄土碳酸盐的研究涉及了对次生碳酸盐的辨识、碳酸盐的含量、碳酸盐中的碳氧同位素以及碳酸盐的Sr同位素及其它微量元素等内容。对前人在这几个方面的研究作一初步的归纳总结,包括次生碳酸盐的辨识和提取对解释古气候环境有重要意义;碳酸盐的含量可反映出黄土和古土壤之间的不同气候状况;根据碳酸盐中的碳氧同位素则能大体定量得到古温度以及古植被状况进而反映古降水情况;而Sr同位素及其它微量元素则能反映出当时的化学风化程度,指示季风的强弱变化。     

黄土碳酸盐碳同位素环境意义讨论

黄土碳酸盐碳同位素广泛应用于第四纪气候环境变化的研究中,以往的大多数研究中无论是利用钙结核、次生碳酸盐还是成壤碳酸盐,认为其反映了C4植物的丰度。黄土高原碳酸盐碳同位素表现为黄土层高,古土壤层中低,即黄土层中C4植物丰度高于古土壤层。然而,这样的结果和黄土有机碳同位素得到的结果矛盾,有机碳同位素的结果表明温度对C4植物的分布起到了决定性作用。由于有机碳同位素对植物类型的反映更为直接而可靠,因此碳酸盐碳同位素反映C4植物丰度存在疑问。对黄土高原黄土碳酸盐碳同位素的系统概括后认为,第四纪期间黄土碳酸盐碳同位素与C4植物有直接联系,但C4植物丰度不是唯一决定性的因素,碳酸盐碳同位素的指示意义存在复杂性。在黄土高原地区,植被发育程度、与大气CO2交换程度、植被本身的碳同位素值的变化以及原生碳酸盐的影响等因素都会对碳酸盐碳同位素产生影响。由黄土碳酸盐碳同位素的讨论可延伸到不同土壤碳酸盐碳同位素揭示的环境指示意义,不同的土壤环境,其气候条件、植被类型及发育程度、大气CO2的交换情况、微生物的活动及土壤次生碳酸盐受原生碳酸盐溶解的影响等因素都会对碳同位素产生不同程度影响,哪种或哪几种因素产生主要作用,在不同区域土壤环境中是不一样的。具体研究中需确定影响的核心因素,才能确定碳同位素的环境指示意义。     

黄土碳酸盐碳同位素环境意义讨论

黄土碳酸盐碳同位素广泛应用于第四纪气候环境变化的研究中,以往研究中多利用钙结核、次生碳酸盐或成壤碳酸盐,认为其反映了C₄植物的丰度。黄土高原碳酸盐碳同位素表现为黄土层高,古土壤层中低,即黄土层中C₄植物丰度高于古土壤层。然而,这样的结果和黄土有机碳同位素得到的结果矛盾,有机碳同位素的结果表明温度对C₄植物的分布起到了决定性作用。由于有机碳同位素对植物类型的反映更为直接而可靠,因此碳酸盐碳同位素反映C₄植物丰度存在疑问。对黄土高原黄土碳酸盐碳同位素的系统概括后认为,第四纪期间黄土碳酸盐碳同位素与C₄植物有直接联系,但C₄植物丰度不是唯一决定性的因素,碳酸盐碳同位素的指示意义存在复杂性。在黄土高原地区,植被发育程度、与大气CO₂交换程度、植被本身的碳同位素值的变化以及原生碳酸盐的影响等因素都会对碳酸盐碳同位素产生影响。由黄土碳酸盐碳同位素的讨论可延伸到不同土壤碳酸盐碳同位素揭示的环境指示意义,不同的土壤环境,其气候条件、植被类型及发育程度...     

青海湖南岸黑马河黄土剖面碳酸盐含量与记录的古气候变化

在青海湖南岸黑马河2.2 m厚的黄土剖面中,以5 cm的间隔采样,进行了碳酸盐、碳酸盐中Sr含量以及磁化率的测定,通过对比分析研究了12.7 ka以来青海湖湖区古气候的变化,结果表明碳酸盐、碳酸盐中Sr含量、磁化率等基本较真实的记录了该区自12.7 kaBP以来经历的多次暖湿—干冷古气候变化过程。     

青藏高原RM孔自生碳酸盐稳定同位素组成及其古气候

对ＲＭ孔不同成因碳酸盐同位素进行比较研究，并利用自生碳酸盐，氧同位素代用指标，对该区近０．１４Ｍａ来的古气候演化进行初步讨论。     

泥河湾盆地的水下黄土堆积及其古气候意义

本文论述了泥河湾盆地第四纪河湖相地层中水下黄土堆积的特征，认为水下黄土堆积是介于气下黄土堆积河湖相沉积之间的一种过渡类型，水下黄土和气下黄土都是干冷气候条件下的产物，而河湖相沉积则形成于相对温湿的气候环境。在沉积剖面中水下黄土和河湖相沉积交替出现，形成水下黄土－河湖相沉积系列，这个系列反映了气候的周期性变化，它可以与我国洛川剖面的黄土－古土壤系列及深海岩芯V28－239的氧同侠素气候期，很好地进行对比。这为我国华北第四纪古气候地层序列的建立，又提供了一个重要的途径。     

洞穴次生碳酸盐稳定同位素古气候重建研究进展

近年来,洞穴次生碳酸盐沉积物因其有着湖泊沉积物、泥炭等无法比拟的测年优势,日渐成为陆地古气候重建的良好研究材料.通过铀系定年,可以获得过去60万年来精确的日历年时间序列,突破了其他陆地沉积物14C定年(5万年)的瓶颈.氧碳同位素作为洞穴石笋的古气候待用指标具有全球对比性,由于其高精度独立的时间标尺和无需校正同位素信号日渐成为其他气候记录对比的基石.在同位素平衡分馏条件下,石笋δ18O反映了当地气候的变化,在季风区一般反映降雨的变化,在欧洲则更多反映温度的变化.通过石笋1δ8O与北大西洋冰漂碎屑事件以及甲烷的对比关系,可以将海洋钻孔和两极冰芯的记录调谐到独立时间标尺的石笋记录上,进而可以探讨全球联系及其驱动机制.影响石笋1δ3C变化的因素比较复杂,一般在轨道尺度上指示了植被类型C3/C4比率的变化,而在更短时间尺度内主要受到土壤CO2活力的影响,进而可以反映当地降水和温度的变化.尽管洞穴石笋研究工作取得了较大进展,但仍然有诸多机理问题尚未解决,在介绍洞穴沉积物稳定同位素古气候重建研究现状的基础上,对今后的研究方向进行一定的探讨.     

湖泊无机碳酸盐矿物氧同位素组成差值及其单矿物同位素组成的确定

湖积物中不同无机碳酸盐矿物常常混杂在一起,其氧同位素组成(δ18O)差异会影响碳酸盐δ18O环境信息提取的可靠性。不同矿物之间δ18O差值明显且幅度不一。20~25℃时生成的白云石比共生的方解石富集18O可能为0‰~9‰不等,亦或方解石比白云石可能更富集18O达0‰~12.3‰。常温状态,相同条件下形成的文石δ18O值较方解石高出0‰~1‰,或者方解石较文石δ18O值高出0‰~4.47‰。镁方解石中MgCO3的mol百分含量每增加1%,其δ18O值相对于纯方解石δ18O值增加0.06‰~0.17‰。在利用碳酸盐δ18O进行气候及环境研究时,不能根据某种差值进行校正,而应进行单矿物测试。由此,对不同无机碳酸盐矿物的分离及同位素测试、推算方法进行了归纳和述评。     

湖泊化学碳酸盐与生物碳酸盐氧同位素组成差异的环境意义

湖泊生物碳酸盐形成于湖水底层,化学碳酸盐形成于湖水表层;处于湖积物同一层位的两种成因类型的碳酸盐氧同位素组成(δ18O)差异可能反映了二者形成时的环境差异,如湖泊不同深度的水温差异、碳酸盐质生物如介形类小生境水体δ18O值、两种成因碳酸盐形成的时间先后、湖泊表层水体蒸发情况等。在进行碳酸盐δ18O环境意义分析时,应分开测试生物碳酸盐和化学碳酸盐δ18O。     

山东长岛黄土沉积物的磁性与碳酸盐特征及其环境意义初探

通过对长岛沉积物采样和磁性测试,分析和讨论了长岛黄土沉积物的磁性特征:该剖面磁性矿物的含量并不是很高,且以亚铁磁性矿物为主,磁性矿物的粒度主要以细粒为主,亚铁磁性矿物的变化在沉积物磁性变化中占主导地位.通过对沉积物磁性特征和碳酸盐特征的对比发现:该剖面沉积物磁化率和碳酸盐具有很好的对应关系,并且明显表现出4个阶段的主要变化,对应了暖湿和冷干的气候旋回.根据沉积物的磁化率与古气候环境的内在联系,结合碳酸盐含量变化情况,对该地区风成沉积物的物源变迁及环境演变也进行了初步探讨和分析.     

湖泊碳酸盐在过去环境变化研究中的应用

国内外的研究成果表明,湖泊沉积碳酸盐矿物及其微量元素、同位素分布特征记录了全球或区域古气候环境演变历史,可以从中提取大量定量化的古气候参数。因此,可以根据湖泊碳酸盐矿物的含量和碳、氧同位素变化等信息推知其形成时期的气候环境,重建古环境,揭示气候环境演变的规律。湖泊碳酸盐是一种研究古环境演化重要的代用指标,在过去气候环境变化研究中有广阔的应用前景。     

中国西北干旱区不同粒径表土碳酸盐含量及碳、氧同位素组成

通过对我国典型干旱区表土分粒级样品的碳酸盐含量及其碳氧同位素的测试,结果显示:我国西北干旱区表土不同粒级样品的碳酸盐含量以及碳氧稳定同位素组成存在较大的差异。随着粒径的减小,碳酸盐含量逐渐升高,氧同位素逐渐偏正,碳同位素逐渐偏负。可以认为细颗粒组分中土壤次生碳酸盐相对比例大,而粗颗粒组分中原生碳酸盐相对占优势。而次生碳酸盐氧同位素可能受蒸发的控制,碳同位素更多的受植被的影响,所以表现出细颗粒组分较粗颗粒组分碳酸盐的氧同位素更偏正,而碳同位素更偏负。因此,干旱区表土细颗粒组分碳酸盐能更好地反映成壤过程中次生碳酸盐形成时期的气候环境信息。     

高原湖泊中萝卜螺属壳体研究现状及展望

湖泊的古水文及古水化学重建是湖泊研究领域最具挑战性的工作之一。在湖泊、河湖相及高湖面沉积物中,萝卜螺属壳体化石广泛分布;而且现生萝卜螺属亦广泛地分布于全球的湖泊及河流。这些生物碳酸盐(文石)壳体成为一种潜在的和高分辨率的环境信息记录载体。近年来,萝卜螺属的生境及其壳体的稳定碳氧同位素和元素已经逐步被用于了解青藏高原及其他地区的古水文、古水化学和古气候的信息。然而,在萝卜螺属壳体如何记录其宿生水体的古水文、古水化学等信息,以及如何基于萝卜螺属壳体化石重建古环境等方面,仍有许多科学问题有待探索。本文在前人研究的基础上,侧重在作为环境信息载体的萝卜螺属的分类体系、生境研究及其应用和壳体指标(δ¹³C_shell,δ¹⁸O_shell,⁸⁷Sr/⁸⁶Sr,Sr/Ca和Mg/Ca)特征及其在环境重建中的应用等方面进行总结和展望。     

Spatial and temporal variations in C3 and C4 plant abundance over the Chinese Loess Plateau since the last glacial maximum

Stable carbon isotopes of soil organic matter from 12 sites in the southern Chinese Loess Plateau are reviewed to examine spatial and temporal patterns of C₃ and C₄ plants in the arid to semiarid monsoonal region during three key periods - last glacial maximum, mid-Holocene, and modern. We have tentatively corrected the effects of atmospheric CO₂ concentrations and precipitation amounts on the δ¹³C endmembers for C₃ plants to reconstruct the relative proportion of C₄ plants because the δ¹³C values of C₃ plants are variable under different CO₂ and climate conditions. The results indicate that C₄ grasses increase from northwest to southeast spatially, which is consistent with present-day increasing precipitation and temperature patterns. This suggests that for a monsoon-dominant arid to semiarid region, such as the Loess Plateau, warm-season rainfall is a primary factor limiting C₄ plants growth, and thus C₄ grasses have been outcompeted by C₃ grasses/shrubs under cold-dry climate conditions. However, temporal fluctuations in atmospheric CO₂ concentration may also affect plant growth through altering water-use efficiency (WUE). Enhanced drought caused by decreased WUE due to low atmospheric CO₂ concentrations during glacial periods, combined with a cold-dry climate, leads to a decline in C₄ grasses, canceling out any advantages gained from lowered atmospheric CO₂ concentrations. To reconstruct accurately the abundance of C₃ and C₄ plants in an ecosystem and explore their controlling factors, process-based vegetation models integrating CO₂ and climatic parameters interactive with plant physiology are necessary.     

华北平原中部晚上新世以来沉积物碳氧同位素特征及其古环境意义

利用华北平原中部衡水水文地质科研深孔的岩芯,对平原区古土壤钙结核层碳氧同位素组分的古气候环境意义及相关气候指标的定量转换进行探讨,发现碳氧同位素对古气候变化具有较好的响应关系:3.5MaB.P.以来华北平原古气候逐渐由湿润转向干旱,早更新世由多个干湿冷暖旋回组成,晚期气候由暖迅速转凉;中更新世气候略温和,由3个冷干-暖湿旋回组成;晚更新世气候变化趋势为湿润-干燥-湿润,总体上呈现增温趋势。进入全新世后,δ13C平均值(-5)较低,属于相对湿润期;δ18 O平均值(-9.5)较低,属于相对寒冷期。应用相关公式可以定量恢复古温度变化,但平原区古土壤层受后期地下水作用的影响较大,如何消除这一影响还需更多数据支持。     

青海湖介壳与无机碳酸盐氧同位素组成差异的环境意义

青海湖Q14B沉积物柱芯560~415 cm(约14.0~10.5 ka B.P.)段,介壳1δ8O高于无机碳酸盐1δ8O可能反映了此时青海湖表层水温高于底层水温;介壳1δ8O与无机碳酸盐1δ8O之间的较小差值可能揭示了此时青海湖水位很浅,气候干冷;介壳1δ8O变幅大于无机碳酸盐1δ8O变幅,则可能源于此时青海湖水位大幅度波动导致的底层水温变幅超过表层,以及无机碳酸盐1δ8O测自全碳酸盐所致。在利用湖泊碳酸盐1δ8O进行气候及环境变化研究时,有必要分别测试不同种属介形虫及不同无机碳酸盐矿物的同位素值。     

黄土高原沟壑区小流域土壤碳酸盐碳的空间分布特征

根据对砖窑沟流域62个点9个层次的取样分析数据，运用地统计学方法探讨了流域土壤碳酸盐碳的空间变异和分布特征。结果表明：除80～100cm层外，其余各层均属中等程度的变异，该变异主要是由空间自相关因素引起的。同层次内，梁峁顶部土壤碳酸盐碳含量最高，沟坝地的含量最低；梁峁顶部和沟坝地较梁峁坡地碳酸盐碳含量变化小。地貌部位不同，碳酸盐碳在剖面上的淀积深度不同。以淀积层为界，沟坝地上部比下部的碳酸盐碳含量略低。梁峁坡地上部与下部的碳酸盐碳含量大体相当，而梁峁顶部上部比下部的碳酸盐碳含量略高。     

黄土高原平凉地区中全新世以来的植硅体记录与古气候研究

通过黄土高原西部平凉剖面的植硅体分析,对黄土高原西部全新世中晚期气候进行研究,将研究时期的气候分为5个阶段:8.43～7.78KaB.P.,气候凉湿;7.78～7.17KaB.P.,气候暖湿;7.17～6.27KaB.P.,气候总体仍为暖湿,但较上带有变冷趋势;6.27～5.55KaB.P.,气候特征为凉湿;5.55～0KaB.P.,气候特征仍为凉湿,但具有偏凉干趋势。明显的气候波动与全新世中晚期全球变化可以对比,与相邻区域的孢粉、粒度、磁化率等研究工作结果较为一致。