长江三峡中坝遗址地层中Rb和Sr的分布特征及其古气候演变

长江三峡中坝遗址是我国目前仅有的、世界上也罕见的“通史式”遗址。它不仅蕴藏大量的文化内涵,而且包含极其丰富的自然环境演变信息,是研究三峡地区全新世环境演变的理想剖面。文章对遗址地层中的铷(Rb)、锶(Sr)值进行了测试和分析,结果显示:剖面地层中的Rb含量偏低,而Sr含量偏高,Rb/Sr比值变化较大。Rb/Sr比值已成为区域环境演变研究中较理想的替代指标,根据Rb/Sr比值的环境指示意义发现,长江三峡地区全新世中晚期以来气候环境总体上逐渐趋于恶劣;气候冷暖湿热变化剧烈;寒冷期长于温暖期,并没有明显地向湿热方向发展趋势。与长江下游等东部其他地区相比,长江三峡地区也存在明显不同之处:隋唐暖期不明显,而中世纪暖期表现显著。     

长江三峡中坝遗址地层中Rb和Sr的分布特征及其古气候演变

长江三峡中坝遗址是我国目前仅有的、世界上也罕见的“通史式”遗址。它不仅蕴藏大量的文化内涵,而且包含极其丰富的自然环境演变信息,是研究三峡地区全新世环境演变的理想剖面。文章对遗址地层中的铷(Rb)、锶(Sr)值进行了测试和分析,结果显示:剖面地层中的Rb含量偏低,而Sr含量偏高,Rb/Sr比值变化较大。Rb/Sr比值已成为区域环境演变研究中较理想的替代指标,根据Rb/Sr比值的环境指示意义发现,长江三峡地区全新世中晚期以来气候环境总体上逐渐趋于恶劣;气候冷暖湿热变化剧烈;寒冷期长于温暖期,并没有明显地向湿热方向发展趋势。与长江下游等东部其他地区相比,长江三峡地区也存在明显不同之处:隋唐暖期不明显,而中世纪暖期表现显著。     

晚新生代以来青藏高原中部环境演化过程的地球化学证据

青藏高原中部发育一系列独立的内流断陷湖盆，其中位于南亚季风区边缘的错鄂湖盆发育了巨厚的湖泊沉积，是研究高原内部地质环境变迁与构造-气候旋回的理想场所。本文对青藏高原中部错鄂孔197m沉积岩心Sr、Rb、Zr含量及其比值以及沉积物有机质δ^13C、TOC含量进行了分析，同时结合岩性、粒度、粘土矿物组成，初步建立了青藏高原中部2．8Ma来岩石化学风化的相对强度和古环境演化过程。研究表明，2．8Ma来青藏高原中部经历了三次剧烈的环境演化过程：在约197～170m(2．8～2．5Ma)之间，低Sr含量，高Rb／Sr和Zr／Rb值记录了较弱的化学风化过程，δ^13C、TOC含量反映气候前期暖干，后期偏凉湿，揭示冷湿气候的云杉林突然增加，沉积岩性明显变粗，反映了一次强烈的构造隆升运动；在约170～38．5m(约2．5～0．8Ma)之间，高Sr含量，低Rb／Sr和Zr／Rb值记录流域经历较强的化学风化过程，δ^13C、TOC含量反映高原中部总体处于温湿或凉湿的环境下，沉积岩性较细，高原总体处于相对剥蚀夷平阶段；在38．5～0m(约0．8～0Ma)段，Sr含量处于相对低值，Rb／Sr值相对较高，化学风化相对较弱，δ^13C、TOC含量表明高原中部处于较寒冷的环境之中，沉积岩性的再次明显变粗表明高原中部又经历了一次强烈的构造运动，并使高原中部整体隆升到4000m以上，奠定了现代高原面的基本格局。     

陕西岐山黄土剖面 Rb、Sr组成与高分辩率气候变化

陕西岐山五里铺全新世黄土剖面层次结构清晰完整。通过对该剖面Rb、Sr含量和磁化率系统测定表明 ,黄土中Rb、Sr含量和Rb/Sr值明显不同于古土壤。它们作为气候替代指标比磁化率更灵敏 ,分辩率更高。Rb、Sr高含量及低Rb/Sr值指示冬季风占优势的干旱期 ,相对低的Rb、Sr含量及高的Rb/Sr值指示夏季风占优势的湿润时期。揭示在大约 6 0 0 0～ 5 0 0 0aBP曾出现一次以干旱为特征的明显气候恶化期 ,使全新世“大暖期”分裂形成两个主要的成壤期。黄土高原南部自全新世以来 ,经历了黄土沉积→土壤发育→黄土覆盖→土壤再度发育→黄土堆积及现代表土的发展演化阶段。     

贵州威宁麻窝山岩溶盆地剖面中Rb、Sr分布及环境信息

岩溶盆地的演化清晰地记录了流域侵蚀和化学风化等重要过程,Rb/Sr是有效获取地表过程中环境信息的重要手段之一。本文基于14C定年方法,结合研究剖面中K、Ca等元素的组成特征,对贵州威宁麻窝山岩溶盆地中4个沉积剖面的Rb、Sr分布和地球化学行为进行了分析,并讨论了Rb/Sr指示的环境意义和盆地的演化历程。结果表明,剖面中Rb元素含量普遍高于Sr元素且波动幅度较Sr元素大。此外,Rb与K,Sr与Ca之间均有较好的正相关关系,即在流域物质的侵蚀、搬运和盆地沉积物的形成演化过程中,Sr的活动性明显高于Rb。各剖面Rb、Sr垂直分异程度相似,呈大—小—大交替演变,Rb/Sr以大—小—大规律变化,且剖面间具有较好的一致性,与野外特征相吻合,尤其是剖面颜色变化,均体现盆地沉积环境的多旋回特征。Rb/Sr具有重要的环境意义,能够指示研究区古气候变化,Rb/Sr高时(主要受Rb控制),盆地处于干涸或低水位状态,指示降水量较少的干旱气候;Rb/Sr低时(主要受Sr控制),盆地处于富水的高水位环境,指示降水量较多的湿润气候。在距今40ka时间内,岩溶盆地内至少出现312次干—湿环境的旋回演变,其是恢复喀斯特地区古气候的良好载体。     

黄土高原南部全新世黄土-古土壤 序列若干元素分布特征及意义*

选择黄土高原南部的XJN,XMC和JYC全新世剖面为研究对象。通过对地层中Ca,Ba,Rb和Sr元素分布的研究,发现Ba/Sr和Rb/Sr比值在不同地层中含量差异十分明显,并与成土作用强度显著正相关,可作为良好的气候替代指标;表生环境中Rb和Ba较稳定,Sr和Ca元素十分活跃,易于迁移,其中Ca的迁移能力高于Sr元素;从XJN→XMC→JYC剖面,Rb和Ba元素含量增加,而Sr和Ca元素含量降低,这与区域环境差异有关;全新世中期暖湿的亚热带气候主要出现关中盆地地区,六盘山以西则是暖温带气候。     

六盘山朝那湫湖泊沉积物Rb/Sr比值及其古气候意义

湖泊沉积物Rb/Sr比值通常被视为流域化学风化强度的代用指标, 然而不同湖泊沉积物Rb/Sr比值的古气候意义有时也存在一定差异。本研究以六盘山朝那湫湖泊73cm长度(1743~2012A.D.的沉积序列)岩芯沉积物Rb/Sr比值为分析对象, 结合同一岩芯其他主要元素以及古气候代用指标(TOC、C/N比值、δ¹³C_org等)指示的环境变化信息, 对朝那湫湖泊沉积物Rb/Sr比值在十年/数十年尺度上的古气候意义进行综合判别。研究结果显示: 朝那湫湖泊沉积物中的Rb、Sr元素主要以残渣态赋存, Rb/Sr比值与其他陆源组分元素有较好的相关性, Rb/Sr比值变化主要受控于陆源碎屑物质输入。Rb/Sr比值与同一岩芯TOC、C/N比值、δ¹³C_org等降水代用指标以及邻近区域树轮等古气候记录的对比结果表明: 在十年/数十年尺度上, 气候偏干期, 陆源碎屑物质输入较多, 沉积物Rb/Sr比值减小; 气候偏湿期, 陆源碎屑物质输入较少, 沉积物Rb/Sr比值增大。这主要是由朝那湫流域降水特点和植被覆盖共同决定的, 同时也暗示朝那湫流域物理风化和化学风化强度可能呈反向变化。因此, 在将Rb/Sr比值作为流域化学风化强度的代用指标之前, 有必要对湖泊沉积物的Rb、Sr元素的赋存形态进行辨别, 并结合湖泊自身沉积环境以及其他古气候指标进行综合分析, 方可获得更加全面准确的流域物理侵蚀搬运或化学风化信息。

     

Rb and Sr Geochemical Characterization of the Chinese Loess Stratigraphy and Its Implications for Palaeomonsoon Climate

Concentrations and distributions of Rb and Sr in loess and palaeosol samples from the Luochuan profile have been studied, in grain-size fractions and chemical forms. Results show that Rb is quite rich in the fraction of less than 2μm, and exits only in the residual phase, while Sr is distributed in sand and silt fractions, occurring in the residual and carbonate phases. Therefore, variations of the concentrations of Rb and Sr in loess and palaeosols are closely related not only to dustfall compositions depending on winter monsoon wind strength but also to summer monsoon-induced pedogenic intensity. This indicates that variations of Rb/Sr ratio in Chinese loess sequences represent cyclic alternations of East Asian summer and winter monsoon climates on the orbital time-scale. Variations in Sr concentrations along the sequence bear a high similarity to the oxygen isotope record of the deep sea sediments over the past 2.5 Ma, whereas variations in Rb concentrations are in good agreement with the record of     

近百年来长江水下三角洲高分辨率洪水沉积记录及其控制机理

夏季洪涝灾害对长江流域社会经济造成了严重的影响,急需开展多时空尺度流域洪水发生规律和控制机理的研究,但因洪水器测数据年限短和缺少有效的古洪水沉积记录研究方法而难以实现。选取长江水下三角洲YEC1701柱状样顶部100 cm进行高分辨率XRF岩心连续扫描（XRFCS）,粒度、有机碳、N元素、δ13C和210Pb定年分析,并与流域洪水器测或历史记录等进行对比研究,以期建立高效的古洪水沉积记录代用指标。结果表明,长江水下三角洲沉积物中Zr/Rb峰值通常对应粒度粗组分高值和较高的C/N值、偏负的δ13C值,所在层位的沉积年龄与流域洪水事件发生年份有很好的对应关系。由此判断,Zr/Rb值可作为判别长江古洪水沉积的重要代用指标。长江流域于1930—2017年间共发生22次洪水事件,利用XRFCS获得的10 mm和2 mm间隔Zr/Rb值可分别识别出其中的11次和18次,识别率为50%和80%。由此推荐XRFCS样品测试间隔要小于年沉积速率一半以内,以提高古洪水事件的识别率。多源洪水和降雨数据分析表明,长江洪水年际至千年尺度发生规律主要受厄尔尼诺-南方涛动和东亚夏季风、南亚夏季风活动的共同影响。但早期长江洪水资料分辨率较低,长江水下三角洲有较连续的洪水沉积记录,运用XRFCS毫米级分辨率的Zr/Rb值可重建全新世高分辨率的长江古洪水发生历史,更精细地分析气候变化对洪水发生规律的控制机理,为预测全球变化背景下长江洪水演变趋势提供依据。     

湖光岩玛珥湖非残渣态Rb/Sr比值研究及其古气候意义

湖泊沉积物Rb/Sr比值变化主要受控于Sr含量的变化,而真正反映流域化学风化强度的主要是迁移至集水盆地(湖泊)的溶解态Sr2+,在沉积物中主要以碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态等形式存在.通过对不同赋存状态的Rb/Sr比值与相应的Sr含量之间相关关系的对比分析发现,沉积物非残渣态Rb/Sr比值更好地反映了流域化学风化.根...     

湖泊沉积物Rb/Sr比值在古气候/古环境研究中的应用与展望

Rb和Sr在赋存矿物和表生地球化学行为等方面存在显著差异,因而各种记录体中的Rb/Sr比值被广泛应用于古气候/古环境研究。湖泊沉积物中的Rb、Sr主要包括2部分来源：一是流域物理侵蚀直接带来的陆源碎屑组分,在沉积物中多以残渣态（碎屑矿物）形式存在;二是流域化学风化带来的溶解态物质,在湖泊水体中通过物理吸附、化学沉淀和生...     

南京林峰桥剖面记录的22600—18550aBP的环境演变信息

通过对林峰桥剖面的磁化率值,Rb、Sr含量和14C年代等的测定,发现在21070aBP前后,磁化率值异常增高,Rb/Sr比值降低,揭示出南京江北地区在这一时段,风化淋溶作用不强,可能经历了一次突然的气候冷干事件,与北半球广泛记录的Heinrich事件的H2同时期,可能是Heinrich事件在东亚季风区的又一响应。     

青藏高原中部2.8Ma以来的化学风化与环境演化的湖泊沉积记录

对采自青藏高原中部错鄂湖泊钻孔近200m以上深处、形成于2.8Ma以来的沉积岩岩芯中Sr,Rb,Zr含量变化及Rb/Sr,Zr/Rb比进行了研究,并结合其岩性、粒度、粘土矿物组成,分析了该地区2.8Ma来化学风化的相对强度和古环境演化过程。研究表明,2.8Ma来青藏高原中部的环境经历了3个演化阶段：在深约197－170m(2.8-2.5Ma)岩性段,低Sr含量,高Rb/Sr和Zr/Rb比揭示的是较弱的化学风化过程,反映了与当时强烈的高原隆升运动有关;在约170－38.5m（约2.5-0.8Ma)段,高Sr含量,低Rb/Sr和Zr/Rb比记录的是该流域较强的化学风化阶段,与高原在稳定期中部总体处于温湿或凉湿的环境下的结论吻合;在38.5-0m（约0.8-0Ma)段,总体Sr含量处于相对低值,Rb/Sr比相对较高,化学风化相对较弱,表明高原中部处于较寒冷的环境之中,高原整体已隆升到4000m以上。     

江苏宜兴骆驼墩遗址地层全新世沉积环境研究

主要通过对骆驼墩遗址地层样品的粒度和重砂矿物的鉴定、样品中锆石形态的对比研究,铷锶值的测定与分析,了解该区域全新世以来的沉积环境及其气候变化,探索气候变化与人类文明和文化发展的关系。对骆驼墩遗址文化层下的自然淤积层的粒度分析和锆石形态研究发现该区域在人类出现之前可能经历过浅水泻湖环境;  结合重矿物及铷锶研究发现,该区域在全新世早期降水量较大,气候较为湿热,之后气候逐渐变得温暖湿润,为人类文明的出现和文化的发展提供了一个优越的气候条件;  通过对地层中文化层样品的重矿物鉴定及百分含量分析、ZTR稳定系数及Rb/Sr分析发现,全新世的气候是不断变化的。尤其在马家浜文化时期、良渚文化时期和广富林文化时期气候经历过温湿与干凉的交替变化过程。同时良渚文化时期的中晚期稳定系数出现了该地层的最高值,说明当时气候较为湿热,降水量偏多,这与良渚文化的消失与洪水有关的结论相一致。     

铷同位素分析方法及研究进展

Rb作为一个具有中度挥发性、流体活动性、在岩浆过程中呈不相容性的碱金属元素,能为各种地质过程和物质源区提供制约;同时,⁸⁷Rb是放射性母体,Rb-Sr定年体系在确定长时间尺度的地质体年龄方面也有广泛的应用。传统研究认为特定地质年代下Rb同位素比值(⁸⁷Rb/⁸⁵Rb)是一个定值,但随着分离纯化方法的改进和质谱分析精度的提高,高精度Rb同位素组成得以测定,其结果显示,不同地质样品存在明显的Rb同位素组成的差异,意味着地质过程中存在Rb同位素的分馏。Rb同位素分馏能否为示踪Rb的地质过程提供更多有用信息,是否会对传统Rb-Sr定年体系产生影响,这些基础性的问题目前仍然没有答案。要回答这些问题,首先需要了解不同地质储库的Rb同位素组成,发现不同地质过程中的Rb同位素分馏,探讨其发生的控制机制。然而,这方面的研究目前还非常欠缺。文章回顾了近20年来国际上地球科学领域中的Rb同位素已有的研究,包括技术方法、分馏机理等各个方面,在此基础上对其研究前景进行展望,主要包括:(1)总结了Rb同位素组成测定的化学纯化及仪器测量方法,并对其优缺点进行点评,同时指出谨慎的化学前处理方法及质谱测定流程是获得高精度Rb同位素组成结果的基本前提;(2)收集了现有的地外样品Rb同位素组成数据,简述了Rb同位素在宇宙化学中的应用研究成果,指出Rb作为一个中度挥发性元素,对太阳系行星的吸积和演化过程具有重要的指示意义;(3)对Rb同位素在地质过程中潜在广阔的应用前景进行展望,例如完善经典的Rb-Sr定年体系,限定壳幔及地壳内部的分异过程,制约大陆硅酸盐岩风化,以及揭示超大型Rb矿的形成机制。     

高Rb/Sr岩石样品中Sr同位素多接收等离子体质谱分析校正方法研究

在利用多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICPMS)进行Sr同位素研究中,⁸⁷Rb对于⁸⁷Sr干扰严重。岩石样品经化学分离后,若Rb/Sr≤0.0005,可以采用传统的Rb干扰扣除方法对⁸⁷Sr/⁸⁶Sr测定值进行准确校正;但如果样品经化学分离后仍含有较高的Rb/Sr比,同量异位素的干扰不能完全消除,则无法准确校正⁸⁷Sr/⁸⁶Sr测定值,直接影响测试结果的准确度。本文针对Rb含量较高的地质样品设计两组实验,确定了⁸⁷Sr/⁸⁶Sr同位素比值与Rb/Sr元素含量比值的关系曲线,并在理论分析的基础上,提出包含同位素分馏校正在内的重叠干扰校正方法。通过实际地质样品验证,该校正方法在较高含量Rb元素共存(Rb/Sr<0.2)的Sr纯化液中,能够较为准确地测量⁸⁷Sr/⁸⁶Sr同位素比值,降低了MC-ICPMS分析地质样品中Sr同位素时对化学分离步骤的要求。而对于Rb/Sr>0.2的地质样品,因仪器分馏效应和记忆效应影响,测试精确度大大降低,无论采用何种校正方法均无法得到准确的Sr同位素组成。     

粒度分组:提取古环境变化信息的一种有效方法

对南京老虎山黄土-古土壤剖面全样和三个粒级组分(《2 μm、2～45μm和》45 μm)的Rb/Sr比值进行了系统研究.结果表明,Rb/Sr比值是衡量黄土和古土壤化学风化强度的良好地球化学指标;粒度分组是利用Rb/Sr比值研究古环境变化的有效方法.通过粒度分组,可以排除不同粒度组分之间由于Rb/Sr初始比值不同造成的互相干扰.《2 μm粒级的(Rb/Sr)-Sr反相关图的R2值最大(达0.97),说明该粒级指示化学风化作用的灵敏度最高,研究Rb/Sr比值这一地球化学指标最理想.     

大兴安岭中段东南部糜棱岩化花岗岩的Rb─Sr年龄

东北大兴安岭东南处扎兰屯地区东南部分布着糜棱岩化花岗岩,1∶20万地质图依据其产状及岩石特征将此类变形花岗质岩石划分为混合变质岩系,视为额尔古纳-兴安地块早元古代形成的结晶基底。该区糜棱岩化花岗岩带位于大兴安岭与松辽盆地的过渡带上,呈小面积不连续带状出露。研究表明,该区牦牛沟岩体眼球状糜棱岩化花岗岩的钾长石-全岩Rb─Sr等时线年龄为(173±3.45)Ma,锶初始值为0.733 0±0.000 61,明显高于区域中侏罗世花岗岩的锶初始值(0.705~0.710),糜棱岩化花岗岩的原始结晶年龄可能为古生代。根据野外地质观察和定向标本显微观测,牦牛沟北东向韧性构造变形带具左行走滑性质,该期左行走滑变形时代的确定对大兴安岭地区中生代区域构造演化具有重要意义。