青藏高原现生禾本科植物的δ13C与海拔高度的关系

文章通过分析青藏高原4种C3禾本科植物碳同位素值随海拔高度的变化,发现穗三毛(Trisetumspicatum),垂穗鹅观草(Roegnerianutans),紫花针茅(Stipapurpurea),垂穗披碱草(Elymusnutans)的碳同位素值随海拔高度增加而变重的趋势明显,平均每增高1km变重1.37‰,其中Trisetumspicatum和Roegnerianutans的碳同位素值随海拔高度增加而变重的趋势更为显著。研究认为温度和大气CO₂分压是引起C3植物碳同位素值随海拔高度变化的主要因素。另外,研究发现一些C4植物的生长高度可以达到海拔4000m以上,最高可达海拔4520m。     

海拔高度的变化对青藏高原表土δ13Corg的影响

通过对青藏高原193个表土样品的有机碳同位素分析，表明碳同位素值主要分布在-28.57‰～-15.08‰的范围，平均值为－23．57‰。在海拔3 500m以下，同位素随海拔高度的增加逐渐变轻，从－20．5‰逐渐减少到－28．5‰左右；3500m以上，同位素随海拔高度的增加呈现相反的趋势，从－28．5‰逐渐增加到－15．0‰左右。按照森林－灌丛－高山草甸－草原－荒漠草原－荒漠－高寒荒漠的顺序，表土有机碳同位素是逐渐变重的。初步认为CO2分压和温度协同变化导致了有机碳同位素随海拔高度变化的分布格局。     

用古土壤有机质碳同位素探讨青藏高原东南缘的隆升幅度

本文首先对玉龙山东麓不同海拔高度现代表土样品有机碳同位素组成进行研究,探讨土壤碳同位素组成与海拔高度的关系,然后对0.5～0.7MaB.P.以来3期古土壤样品的有机碳同位素组成进行了测定.结果表明,现代表土的有机碳同位素组成与海拔高度之间存在良好的相关性,应是植被随海拔高度变化的反映;不同年龄的古土壤虽然目前均出露于地表,但其深部碳同位素组成存在显著差异,表明古土壤有机质中仍可能包含了过去植被的信息.根据上述结果对青藏高原0.5～0.7MaB.P.以来的隆升幅度进行尝试性估算,得到的隆升幅度约为800m.这个结果与我们过去根据古土壤的估算是基本一致的.     

页岩气稳定碳同位素组成特征及应用前景

页岩气作为一种自生自储的非常规天然气,其稳定碳同位素组成可能具有与常规天然气不同的特征。综述了页岩气碳同位素特征和应用方面的最新研究,包括高成熟页岩中存在天然气的甲烷碳同位素组成(δ13C1)大于乙烷碳同位素组成(δ13C2)的"反序"现象及其成因;在页岩气生产或现场解吸过程中,δ13C1随时间增加而逐渐变重现象和页岩气稳定碳同位素参数在判别页岩气成因类型、预测页岩气的产能以及吸附气与游离气相对含量和判断页岩储集物性等方面的应用。认为进一步开展页岩气稳定碳同位素组成特征、碳同位素变化与吸附气和游离气相对含量的关系和开采或现场解吸过程中同位素变重程度与页岩储集物性的关系等方面的研究,建立起相应的预测模型,对有效指导页岩气勘探开发具有重要意义。     

根据湖相沉积碳氧同位素估算青藏高原古海拔高度

青藏高原湖相沉积碳氧同位素、海拔高度与年均气温存在函数关系。对青藏高原南部14个不同海拔高度的第四纪湖相沉积露头,在剖面不同部位采集了35个湖相沉积样品,结合海拔高度与年均气温的相关分析,建立了湖相沉积碳氧同位素古海拔高度计。再对青藏高原南部、青藏高原北部、东昆仑南部和柴达木盆地不同地点出露的渐新世、中新世早中期、上新世—早更新世湖相沉积地层,分别取样进行碳氧同位素分析,计算不同时期的古年均气温和古海拔高度。结果表明,青藏高原大部分地区中新世早中期整体隆升至海拔约4000m高度,五道梁—东昆仑南部中新世早中期整体隆升至海拔约3500m高度,柴达木盆地中新世早中期隆升至海拔约2500m高度。这些资料对认识青藏高原隆升时代和气候环境演化具有重要意义。     

植物中单体烷烃碳同位素组成与其生长环境的关系

用色谱一同位素质谱议对青藏高原东北部高寒草甸生态系统中的两种高等模特一火绒草（Ｌｅｏｎｔｏｐｏｄｉｕｍ ｌｅｏｎｔｏｐｏｄｉｏｉｄｉｅｓ）和蒲公英（Ｔａｒａｘａｃｕｍ ｍｏｎｇｏｌｉｕｍ）的烷烃进行分析,讨论环境因素对植物单体烷烃碳同位素组成（δ＾１３Ｃｉａ）的影响。研究发现,两种植物奇碳数正构烷烃的δ＾１３Ｃｉａ值都比较小,且有随海拔高度的增加而增大的趋势,而偶碳数正构烷烃的δ＾１３Ｃｉａ值可能     

江汉平原江陵剖面有机碳含量、碳同位素和磁化率的古气候意义

湖泊中的有机碳及其同位素与磁化率指标广泛应用于古气候的重建,但由于各地自然条件的差异,其气候意义具有一定的区域性.对江汉平原江陵剖面沉积物中磁化率参数、总有机碳(TOC)、总氮(TN)及其碳同位素δ(13C)值影响因素与环境气候关系的研究结果表明:沉积物总有机碳(TOC)的变化与总氮(TN)呈正相关关系,而总有机碳(TOC)与同位素δ(13C)、磁化率值则呈负相关关系,其组合可以很好地反映江汉平原地区的环境演变.在暖湿期,沉积物中总有机碳、总氮较高,有机质的δ(13C)值偏负,磁化率偏低;反之,在凉干期,沉积物中总有机碳、总氮较低,有机质的δ(13C)值偏正,磁化率偏高.江汉平原地区6 000 a PB以来的古气候演化经历了3个阶段:即冷干-暖湿-凉干的变化过程.     

微生物降解有机物的碳氢同位素分馏研究进展

微生物降解使有机化合物的稳定碳、氢同位素发生不同程度分馏的研究在有机污染物来源和微生物环境修复等领域取得了长足进展,并对原油和天然气微生物降解研究有借鉴意义。微生物作用下的同位素分馏为动力同位素分馏,导致重同位素在残余物中富集。影响微生物降解有机物同位素分馏的主要因素有微生物的降解代谢途径、辅酶作用、降解类型与程度、同位素质量差异和有机物碳数等。不同的微生物代谢途径代表不同的生物化学反应,造成了同位素分馏的显著差异;辅酶对反应的催化作用使微生物作用造成的同位素分馏更加复杂。低碳数正构烷烃遭受微生物降解程度越高,碳、氢同位素的分馏也越大,同位素变重与降解程度之间有明显的相关性。但对于复杂化合物,由于降解的多级反应,同位素分馏与降解程度间的相关性并不明显。在同样降解程度下,氢同位素分馏大于碳同位素分馏,低碳数正构烷烃的同位素分馏大于高碳数正构烷烃的同位素分馏。     

四川盆地海、陆相烃源岩有机质稳定碳同位素组成变化及其地球化学意义

采用质谱和色谱-同位素质谱技术,测定了500余个干酪根及饱和烃、芳烃组份、正构烷烃的δ13C值,以此揭示了四川盆地海、陆相烃源岩有机碳同位素组成随地质时代的变化特点及其在高成熟阶段的演化特征,并结合其他相关分析资料,应用碳同位素剖析了不同类型海、陆相烃源岩的有机质生源及沉积环境。研究结果表明,该盆地从震旦系灯影组到中三叠统雷口坡组的海相地层中,干酪根的碳同位素组成随层位变新呈逐渐变重的趋势,可能的原因之一是浮游植物的进化作用;而上三叠统须家河组至中侏罗统千佛崖组的陆相有机质碳同位素组成则有反向的年代变化,主要与生源构成和沉积环境性质有关。这些海、陆相烃源岩的有机源难以用干酪根δ13C值进行区分,而可用饱和烃与芳烃组份的δ13C及其CV值来区别。海洋和湖泊不同沉积相带烃源岩的干酪根具有明显不同的δ13C值,结合其他相关资料可识别其有机质来源。煤系地层中煤与泥岩在干酪根碳同位素组成上没有可区分性,而两者有不同的正构烷烃碳同位素分布曲线。从成熟晚期到高-过成熟阶段,海、陆相干酪根的碳同位素均变重1~2‰,煤系泥岩的正构烷烃碳同位素分布曲线由负向线型分布向平直型演变。这些碳同位素的变化特征为油气源对比和烃源识别提供了依据。     

兰州盆地44～15Ma地层的有机碳同位素记录

沉积物中有机碳同位素组成是重建古环境变化的有效指标,但陆地长序列的有机碳同位素记录目前较为罕见.本文选取兰州盆地已具古地磁测年的永登剖面(厚度为330～1310m部分,年代介于44～ 15Ma)进行了有机碳同位素分析,结果表明44Ma开始其值先逐渐偏重后变轻(平均-24.6‰),至33.2Ma突然变重后维持相对稳定的高值(平均-23.7‰),再至25.5Ma后又变轻(-24.4‰),与全球氧同位素从长期演化趋势以及事件上均呈现出较一致的对应关系,即与温度之间存在负相关.这表明兰州盆地中始新世-中中新世期间有机碳同位素变化可能受控于全球温度变化,温度的改变可能影响了陆源C3植物与湖泊内生沉水和挺水植物对有机质的相对贡献比例,确切的机制理解有待其他指标的辅助研究.     

温度影响东北地区更新世植被变化的黄土记录

温度、降水(湿度)和大气CO2含量被认为是影响C3植物生长的主要因素.大量的现代植物和土壤有机质碳稳定同位素(δ13C)研究表明,温度升高可使C3植物的碳同位素变重(正),降水增多(湿度增大)和大气CO2含量升高可使C3植物的碳同位素偏轻(负);同时,C4植物可明显地影响土壤的有机碳同位素组成.基于这些认识,以前对黄土高原的黄土-古土壤序列有机质碳同位素和植被组成变化进行过不少研究.但是,相关的研究在我国东北地区的黄土中还未开展.本文对我国东北地区厚度36m的喀喇沁旗牛样子沟黄土-古土壤剖面进行了间隔10cm的采样和总有机碳含量(TOC)、有机质稳定碳同位素的测试分析.结果表明,在间冰期发育的古土壤有机质含量高、δ13C值偏正;反之,在冰期堆积的黄土有机质含量低、δ13C值偏负.通过分析表明,研究区的植被类型是以C3植物占主导地位,C4植物对土壤有机质δ13C变化的贡献有限,并且气候变化具有冰期-间冰期季风气候变化的特点,据此推断温度是决定东北地区植被碳同位素组成变化的主要因素,超过了降水(湿度)和大气CO2含量对植被(植物碳同位素组成)变化的反向影响.这一发现揭示了温度对我国东北地区长时间尺度植被变化的控制作用.这些认识对于在未来全球变暖背景下,东北地区的林木和小麦、大豆、水稻等C3作物的种植有借鉴意义.     

山东金刚石碳同位素组成的二次离子质谱显微分析

华北克拉通山东金刚石晶体生长的多阶段性及碳同位素组成已被人们关注,但很少有人对不同阶段金刚石及其内部的碳同位素组成变化进行分析。本文利用二次离子质谱(SIMS)微区分析技术对山东金刚石晶体内部不同阶段生长的δ13C进行了原位测试分析,得出山东金刚石δ13C的变化范围在-5.6‰～-2.01‰,平均值为-3.63‰,与前人对华北克拉通金刚石碳同位素组成测试值(δ13C在-14.71‰～-0.46‰,主要集中在-9‰～-4‰之间)大致相同,位于全球橄榄岩型金刚石及幔源碳同位素组成主要范围(-8‰～-2‰)内。结合金刚石生长环带阴极发光图像,认为金刚石自核心部位至边缘,在同一期生长环带内,其δ13C值呈变重趋势;在多期复杂生长环带之间,δ13C值因结晶时的地质环境不同而存在差异。δ13C值的这种变化揭示了该地区金刚石复杂的生长环境,为解析华北克拉通地幔碳循环提供了定量数据。     

华北北部前寒武纪有机质碳同位素组成特征及其地球化学意义

华北北部中、上元古界岩样干酪根碳同位素组成在-35‰～-26‰之间,前人研究表明,腐泥型干酪根相对富集^12C(δ^13C小于-28‰)。所以,研究区源岩干酪根类型为腐泥型和腐殖-腐泥型。经研究发现研究区泥质岩比碳酸盐岩更富集轻碳同位素,下马岭组有机碳同位素组成也比其它层位轻。长城系串岭沟组、团山子组到大红峪组干酪根碳同位素组成特征与地质历史表现出的随地史的发展变重的趋势相符。但到了高于庄组,碳同位素组成陡然变轻,然后从高于庄组到蓟县系雾迷山组,其干酪根碳同位素组成又变重。而从蓟县系雾迷山组到青白口系下马岭组干酪根碳同位素组成,随着地史的发展,有变轻的反常趋势。     

干旱化对成土碳酸盐碳同位素组成的影响

土壤碳酸盐的碳同位素组成可以作为古环境变化的指标.本文对黄土高原地区S1以来成土碳酸盐和红粘土中碳酸盐的碳同位素进行了研究.根据渭南、吉县、长武和会宁4个剖面末次间冰期以来土壤碳酸盐的碳同位素分析结果,探讨了不同气候条件下成土碳酸盐碳同位素组成的特征及其环境意义,指出气候的干湿程度可能是影响黄土地区成土碳酸盐δ13C值的主要原因;西峰红粘土序列碳酸盐的碳同位素记录表明,δ13C值在4.0Ma B.P.前后有一个明显增加的趋势,反映了我国西北地区上新世干旱化的发展,可能与青藏高原在这一时期发生较大规模的隆升有关.     

湖北清江岩溶洞穴现代土壤有机碳同位素与生物标志物指标变化规律

为进一步理解中国南方岩溶区现代土壤生物有机地球化学演化规律,对采自湖北清江流域典型岩溶洞穴上覆土壤开展了系统的分析。分别采用稳定同位素质谱仪(MAT-251)与气相色谱质谱仪(GC-MS)测试了样品中的有机碳同位素与生物标志物指标。其中有机碳同位素值(δ13Corg)在-28.3‰~-27.4‰之间变化,并随深度的增大呈逐渐正偏的趋势,指示了当地的植被类型自土壤层形成以来主要为C3植物。而可抽提有机质的总量、正构烷烃高碳数奇偶优势(CPIh值)、高碳数与低碳数含量比值(Rh/l值)、平均链长(ACL值)以及脂肪酸C16:1/C16:0等指标随土壤剖面深度的增大呈现逐渐降低的趋势,与土壤有机碳同位素的变化趋势基本一致,说明岩溶地区表层土壤中有机碳同位素和生物标志物均与土壤层内微生物活动的强弱密切相关。另一方面,也暗示了有机碳源是制约岩溶地区土壤微生物活动的重要因素之一。为进一步深入理解湖北清江和尚洞洞穴石笋记录提供了新的思路。     

祁连山新生代古海拔变化的碳氧同位素记录

祁连山构成青藏高原的北东边界,是研究青藏高原的隆升与向内陆扩展的关键区域,利用新生代湖相沉积的碳氧同位素组成估算祁连山古海拔对认识青藏高原的隆升有重要意义。在中祁连陆块不同地点出露的始新统、渐新统、中新统和中晚更新统分别取样并进行碳氧同位素分析,估算相应地质时期的古年均温和古海拔高度。结果表明,祁连山地区古近纪的海拔约为2711 m,中新世早期的海拔为2848 m左右,中新世中晚期祁连山海拔达到约3586 m,中晚更新世祁连山的古海拔约为3790~3890 m。古近纪祁连山的海拔较低,但已经构成了青藏高原的东北边界;中新世中晚期祁连山强烈隆升,形成了盆-山构造地貌格局;第四纪祁连山地壳重新活跃并呈阶段性快速隆升,河流堆积和侵蚀交替进行。根据碳氧同位素估算的祁连山古海拔高度变化为认识青藏高原隆升的过程提供参考。     

有机碳和有机分子碳同位素的地球化学意义

有机碳和有机分子碳同位素组成的研究不仅在沉积地层对比，油－油，油－源对比研究方向发挥了独特作用，而且在古气候，古环境研究方面更具有广阔的应用剪影。开展对全球气候变化及全球碳循环有重要意义的有机碳碳同位素组成及分布研究和对生物演化，恢复古生态，古环境有重要意义的化石及沉积物中有机分子的碳同位素成及分布研究已势在必行。     

淡水双壳类壳体碳同位素研究:以河蚬(corbicula fluminea,Müller 1774)为例

双壳类壳体碳酸盐(文石)稳定同位素组成已被广泛地用于古气候和古环境重建研究中,但是双壳类壳体碳同位素组成所指示的气候和环境意义一直是争议的问题.对双壳类河蚬(corbicula fluminea)进行了室内养殖,并选取两个壳体样品(壳高,A=13 mm,B=9mm),测定其生长部分壳体和生长期间水体碳同位素,研究表明,随着水体碳同位素的升高(δ13CDIC由-5.24‰升至1.41‰),两壳体碳同位素也随之升高,表明水体对壳体碳同位素的影响;δ13CA分布范围为-4.76‰～2.09‰,δ13CB为-8.49‰～2.89,壳体A和B碳同位素均比预测平衡值偏负,表明壳体在形成过程中利用了新陈代谢产生的富集12C的CO2.根据计算壳体A在实验中沉淀部分壳体利用新陈代谢碳的比例(M值)为24%～43%,平均值为33%;壳体B为33%～75%,平均值为58%.M值随生物的生长呈下降变化,这说明在实验中河蚬主要是通过增加对DIC的吸收和利用来满足壳体生长对物质量增加的需求.     

赛里木湖沉积物有机质变化特征及其环境信息

在分析赛里木湖湖泊沉积物中氮含量(TN)、有机碳含量(TOC)及其碳同位素(δ~(13)C_(org))以及色素等指标的变化特征的基础上,结合沉积物中有机指标的环境意义的探讨,揭示了新疆赛里木湖湖泊沉积物中有机质所蕴含的环境信息.赛里木湖沉积物中总有机碳含量、总氮含量的变化反映了流域初级生产力的变化,沉积物色素变化是有机质保存条件的指标,间接指示了湖泊-流域水热配置环境.有机碳同位素(δ~(13)C_(org))反映了湖泊内外源的混合信息.结合有序样品聚类分析方法,可以将赛里木湖近代环境划分为四大发展阶段:1、各有机指标相对稳定;2、各有机指标明显波动;3、各有机指标显著增加;4、各有机指标快速增加.     

河东煤田晚古生代层序地层的碳氧同位素特征

系统分析了河东煤田上石炭统(C₂)-下二叠统下部(P₁1)45个碳酸盐岩样品的碳氧同位素在层序中的分布特征,探讨了碳氧同位素应用于层序划分及对比、相对海平面变化研究及晚古生代地层沉积相研究的可能性。研究表明,碳氧同位素在C₂及P₁1的三级层序中的分布特征是不相同的,从TST到HST,在C₂的三级层序中,δ13C及δ18O不断变重;在P₁1的三级层序中,δ13C不断变轻,而δ18O不断变重。这种规律在P₁1每个三级层序中均相似,垂向上显示出韵律性。横向上,δ13C及Z值总体具有由北向南升高的趋势。碳氧同位素在层序中的分布是受聚煤作用、陆源物质的注入、古气候、沉积环境及时间等控制的。