元素碳碳同位素在古环境研究中的应用

元素碳几乎完全来源于植被的燃烧,长期广泛地分布于大气、土壤、沉积物、岩石、水体和冰体等自然界载体中,记录了大量的古环境信息。利用元素碳碳同位素(δ13CEC)指标来反映古气候、古植被信息是将元素碳应用到古环境研究的一个重要方面,本文通过总结国内外学者利用δ13CEC指标进行古环境研究的现状,总结出对于"直接利用δ13CEC指标进行古环境恢复"这一关键问题还存在不同认识。燃烧前后物质的碳同位素是否发生变化是利用δ13CEC进行古环境研究时需要考虑的一个重要问题,国内外学者近20年来对C3、C4植物开展了大量燃烧实验,主要结论是C3植物燃烧前后物质的碳同位素变化(Δδ13C)较小,在±1‰以内,而C4植物变化范围较大,在0‰～-9‰之间;此外,文中还讨论了元素碳外源输入等可能影响δ13CEC指标的因素。建议在利用δ13CEC指标进行古环境重建之前,有必要对δ13CEC进行详细的基础研究工作,进一步研究表土δ13CEC与地表植被相关性以及元素碳外源输入等问题。     

植物碳同位素分馏作用与环境变化研究进展

在简述植物碳同位素与环境要素之间关系的基础上,介绍了植物碳同位素分馏机理和分馏模式,并综述了近年来利用植物碳同位素及其组成在研究环境变化方面的研究进展,同时对未来的研究作了展望。     

珠江三角洲陈村钻孔剖面沉积特征及有机碳同位素古环境意义

陈村剖面位于佛山市陈村镇。AMS14C及OSL测年结果显示,剖面自晚更新世中晚期以来开始沉积,结束于全新世晚期,由老至新经历了河流相—河口湾相—三角洲相沉积环境。根据有机碳同位素曲线变化特征,结合孢粉、有孔虫等鉴定结果及沉积环境综合分析,将剖面划分为4个演化阶段:1晚更新世,34.15~24.5ka BP,属河流相沉积环境,δ13Corg平均值为-28.13‰,对应MIS 3期冷—稍湿气候,期间小幅波动;2晚更新世—全新世早期,24.5~9ka BP,属河流相沉积环境,δ13Corg平均值为-29.8‰,对应MIS 2期干冷气候及全新世早期温—干气候,YD事件得以记录;3全新世早—中期,9~6.7ka BP,属于河口湾—三角洲相沉积环境,δ13Corg平均值为-27.97‰,变化幅度小,对应暖—湿气候;4全新世中—晚期,6.7~0.44ka BP,属于三角洲相沉积环境,δ13Corg平均值为-26.94‰,变化幅度大,冷暖变化显著,气候特征为热湿—偏凉—暖干。     

碳同位素与油气物源示踪

根据硕同位素在自然界的分布、碳同位素的深度效应及侧向运称的同位素分馏作用、碳同位素与母质类型和成熟度的关系、热模拟实验中的碳同位素变化、有机质中碳同位素的逆转现象、费－托合成反应中的碳同位素分馏、大量幔源岩石中碳同位素富＾１２Ｃ的特征的发现等,指出了造成碳同位素分馏作用的因素太多,因而把碳同全素作为油气物源的示踪剂存在诸多的不确定性,在应用时与氧同位互资料结合考虑并注意碳同位素的储库效应,才可望正     

稳定碳同位素在第四纪古环境研究中的应用

文章对陆相沉积物、湖沼相沉积物以及脊椎动物牙齿中的δ13C研究作了系统的综述,特别对存在的问题提出了一些看法,认为黄土-古土壤序列中有机质δ13C与碳酸盐δ13C变化趋势相反的原因是CO2与碳酸盐交换平衡时的分馏系数在古土壤堆积时和黄土发育时不一致造成的;陆相沉积物的有机质δ13C较碳酸盐δ13C能更加直接地反映沉积时地表植被状况,陆相沉积物的碳酸盐δ13C在古生态中的应用还有待于对它的形成机制和形成过程进行进一步的研究;我国黄土高原末次冰期的气候不利于C4的生长.文章强调古环境、古生态研究应该从现代过程入手,了解现代植物δ13C与气候参数的关系以及现代C4植物的分布规律.同时还认为分子化石的稳定同位素研究这一新研究手段将会给第四纪研究带来更新的活力.     

中国东部海岸带现代有孔虫碳同位素及其古环境意义

在第四纪海陆过渡相环境研究中,有没有能够确定古盐度的定量标志?本文作者针对中国东部第四纪海陆过渡相地层中常见的两种有孔虫Ammonia beccarii(Linne)vars.和Protelphidium glabrum(Ho, Hu et K. Wang)进行现代样品的碳同位素分析。在现代样品研究的基础上,确定了碳同位素与盐度存在线性关系,运用这一结果于第四纪几个钻孔样,并综合有孔虫化石群其他特征,推导古环境特点。     

中国东部海岸带现代有孔虫碳同位素及其古环境意义

在第四纪海陆过渡相环境研究中,有没有能够确定古盐度的定量标志?本文作者针对中国东部第四纪海陆过渡相地层中常见的两种有孔虫Ammonia beccarii(Linne)vars.和Protelphidium glabrum(Ho, Hu et K. Wang)进行现代样品的碳同位素分析。在现代样品研究的基础上,确定了碳同位素与盐度存在线性关系,运用这一结果于第四纪几个钻孔样,并综合有孔虫化石群其他特征,推导古环境特点。     

铊同位素及环境示踪研究进展

近年来随着多道接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICPMS)的广泛应用,铊(Tl)同位素成为当前非传统同位素地球化学研究热点之一。本文综述了Tl同位素的最新研究进展。Tl是自然界迄今为止发现的具有同位素自然分馏效应的最重的元素之一。自然界中Tl同位素分馏值ε205Tl(ε205Tl指样品与标准物质NIST SRM 997 Tl的205Tl/203Tl值的万分偏差)的变化为-6.8~+4.8,陨石中ε205Tl值为-18.8~+29.7。Tl同位素可用于示踪低温过程中的物质迁移、海洋沉积物沉积过程等,也可用于指示古气候的变化,以及佐证特定时期有机碳输出量。因此,Tl同位素可为深入了解局域海洋沉积环境的氧化还原条件、碳循环和海洋化学演化等提供新信息,将在地学与环境科学研究中得到广泛应用。     

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。     

天目山泥炭有机碳同位素特征及其古环境意义

通过对浙江天目山泥炭剖面的高密度采样和有机碳同位素分析,重建了该地区4 ka BP以来的古植被特征和古环境演化历史.天目山3200 a BP之前,气候温和适度,晚期变冷变干,为中全新世末气候波动的过渡时期.3200~700 a BP,有机碳δ13Corg值在波动中降低,气候出现多次急剧冷暖变化,指示了几次温暖与寒冷事件.700 aBP以来,有机碳同位素迅速正偏,表明又一暖期的出现,到了后期气温又有所降低,植被转化为草原草甸景观.天目山地区近4 ka以来的气候变化与国内外不同区域的研究资料相一致,但又有区域的差异性.     

贵州山区土壤微生物生物量的碳同位素组成与有机碳同位素效应

选择贵州岩溶区3个不同海拔高度上的旱地作为实验点,进行了绿肥(紫花光叶苕,C3豆科植物)的输入实验,目的是了解通过输入绿肥之后土壤微生物生物量碳(SMBC)的响应,以及微生物生物量中碳同位素比值的变化,来判断植物分解作用期间有机碳的同位素效应,即微生物分解对13C的分馏作用和微生物对有机质的选择性利用.实验结果表明,在实验地里加入绿肥之后,年平均气温较高的实验地的SMBC响应较快,并且其值高于其余两个年平均气温较低的实验地,说明SMBC主要来源于植物残留物,其值的大小受控于气温.在加入绿肥之后,并未在各自的实验地和对照地之间出现δ13C值的差异,而是在植物残留物的分解达到一定程度后实验地的δ13C值才高于对照地,但在年平均气温较低的实验点上始终未出现这种差异,说明植物残留物的分解程度和质量将影响SMBC的δ13C值,这种现象也进一步说明土壤有机碳的同位素效应是微生物对13C的分馏和对有机质的选择性利用并存的过程.3个实验点上的土壤有机碳的δ13C值大小的顺序与SMBC的δ13C值大小的顺序相一致,表明SMBC的δ13C值能够反映相应样品中的土壤有机质δ13C值的总的变化趋势,并可能是控制土壤有机质的δ13C值大小的主要的影响因素.     

土壤碳动力学同位素示踪研究进展

土壤是陆地生态系统中最大的碳库。土壤碳动力学旨在研究土壤有机碳库的大小及更新速率。土壤有机碳库可分为 3个亚碳库："活动"、"缓慢"和"稳定"碳库。碳同位素特别是 14 C可作为研究土壤碳动力学的理想示踪剂;δ 13 C值是定量研究C3和C4植被更替历史的有效手段; 14 C示踪及年代测定与 13 C信号联合使用,可以估算土壤碳库的大小和驻留时间。碳同位素示踪应用于土壤碳动力学研究取得了较大进展,但是由于缺乏可靠的全球数据库和标准方法来量化土壤有机碳库,导致对土壤各亚碳库的大小和更新速率以及土壤CO2的估算仍存在较大的不确定性,从而难以估计土壤碳库大小的变化对大气CO 2浓度和全球气候变化的潜在贡献。     

碳同位素技术在土壤碳循环研究中的应用

碳在土壤中的储量和存储时间是陆地生态系统碳库中最大和最长的,而土地利用方式会影响到土壤碳储量及其循环周期,因此有效的土地利用管理可使土壤成为一个碳汇。土壤储存碳的过程就是土壤有机碳动态平衡的变化,因此认识土壤有机碳的动态变化是揭示土壤碳循环过程及其调控机制的重要方面。首先介绍了碳的一种稳定性同位素(13C)和放射性同位素(14C)在生态系统长期动态过程的重建(如C3/C4植被的历史格局)、土壤有机碳周转周期等方面的应用,探讨了同位素示踪技术在土壤有机碳来源、周转周期、土壤CO2通量的变化和组分区分、同位素富集等研究领域的应用,归纳了土壤碳循环研究中的基本问题,提出了未来土壤碳循环同位素示踪的主要研究方向。     

碳,硫同位素储库效应的定量理论模式

根据矿物沉淀作用与瑞利蒸馏过程的一级近似,导出了碳酸盐矿物沉淀时热液的碳同位素储库效应理论模式的定量方程,并在Zheng等的研究基础上给出了硫同位素储库效应的一般化理论模式以及模式参数R与物理化学参量的定量关系。180℃、热液的初始δ~(13)C为-2‰时,沉淀方解石和残余热液δ~(13)C值总体呈下降趋势。当热液以氧化碳为主时,储库效应不明显;若热液含较多还原碳,沉淀方解石的δ~(13)C可从早期较大的正值(5‰-35‰)演化为晚期较大的负值(-15‰--30‰)。封闭体系的同位素储库效应模式至少可为预     

人为土壤有机碳的分布特征及其固定意义

文章在分析不同类型的人为土壤形成过程及其特点的基础上研究了人为土壤有机碳含量、分布年龄与同位素组成特征。结果表明,人为土壤中有机碳的含量分布不同于起源土壤或者相应的非人为土壤,主要体现在有机碳含量降低的缓慢和不规则性以及有机碳含量的相对富集。通过计算证明人为土壤的有机碳密度高于相邻土壤或起源土壤。放射性碳测定表明人为土壤中的有机碳年龄较老,说明了有机碳在这些土壤中存在的相对稳定性。土壤有机碳的稳定同位素组成分析表明,土壤中深层的有机碳与现代有机碳来源不同,也表明了土壤中有机碳的稳定存在。文章还分析了人为土壤中有机碳富集和稳定的可能机制,包括物理、化学和生物学机制,认为就有机碳的固定而言,人为土壤是一种具有最佳管理方式的可持续利用的土壤资源     

贵州乐康二叠／三叠系界线剖面的有机碳同位素异常及其意义

本文研究了贵州望谟乐康深水槽谷相二叠／三叠系界线剖面的有机碳同位素记录。研究结果表明,乐康剖面上二叠统δ13Corg值的变化幅度不大,越过第34层进入第35层以后,在WL－16号样品层位上,δ13Corg值突然从WL－15号样品的-25．419‰降低到-28．235‰,衰减幅度达到近3‰;其后δ13Corg值逐渐回升,并进入下三叠统。根据δ13Corg值的突然衰减正好发生在第34,35层的界线过渡层内这一事实,我们认为乐康剖面的P／T界线应划在第35层的WL－16号样品层位上。由于沉积有机物的碳同位素组成与海洋生物原始生产率（primaryproductivity）密切相关,因此,贵州乐康二叠／三叠系界线剖面的有机碳同位素变化曲线,不仅可以作为精确划分地层界线的一种新的有效手段,而且反映了海洋原始生产率的变化情况。     

环境有机地球化学初探

从分子有机地球化学与全球变化以及有毒有害难降解有机化合物的表生地球化学作用两个方面，探讨了环境地学与有机地球化学学科分支新领域──环境有机地球化学所研究的主要内容。文中列举了两个研究实例，一是应用分子标志物方法研究了北京、贵阳和广州三城市大气飘尘可溶有机质组成的成因；另一例是在广州市大气飘尘、水和底泥样品中鉴定出属于美国ＥＰＡ优先控制的有毒有害有机污染物，并探讨了这些毒害有机物在环境中气、液、固界面间可能存在的表生地球化学过程。     

不同植物凋落物对土壤有机碳淋失的影响及岩溶效应

以低含量有机碳的岩溶土壤（SOC, 0.89%）为媒介,每150g上添加松针、梧桐叶粉各 7.5g,15g,4个试验土柱号分别为SCC3,SCC5;SBC3,SBC5,接种岩溶土壤微生物群落后,于 恒温室内进行培养淋溶实验。结果表明,土壤淋溶液的电导值受土壤有机质含量多少及性质 的影响。土壤水溶性有机碳（DOC）淋失总量SCC3为540.7mg,SCC5为1522.9mg;SBC3为 383.2mg,SBC5为563.5mg.同时,土壤环境中Ca2+的释放总量SCC3为145.7mg,SCC5为 288.7mg; SBC3为170.0mg,SBC5为167.9mg.两者呈正相关,相关系数r2=0.85.下伏碳酸 盐岩的溶蚀量排序为SCC5>SBC3>SCC3>SBC5,表明两种不同植物凋落物经微生物分 解,产生不同质和量的DOC,并导致土壤环境中 Ca2+释放的差异和不同的岩溶效应。从而初步揭示不同有机碳分解导致DOC淋失的差异性,以及DOC对岩溶动力系统的驱动。这与A.Heyes和T.R.Moore的研究结果一致。