摇蚊亚化石记录的苏干湖近千年来盐度变化研究

利用摇蚊亚化石重建湖泊古盐度进而分析区域干湿变化已成为国际上古气候重建研究的热点之一。本文利用苏干湖SG03I孔的摇蚊亚化石组合变化分析了湖泊水体近千年来的盐度波动过程,沉积序列可划分为3个摇蚊组合带,通过高咸水属种Orthocladius/Cricotopus和Psectrocladius barbimanus,以及低咸水属种Psectrocladius sordidellus和Procladius的相对丰度变化实现盐度重建。结果表明,990～1450A.D.期间高咸水种处于绝对优势,湖泊盐度较高;1450～1850A.D.期间低咸水种显著增加,指示了小冰期期间较高的入湖水量与蒸发量之比;1850～2002A.D.期间低咸水种丰度回落,湖泊水体盐度逐渐增加至现代水平。SG03I孔岩芯摇蚊指标与其他代用指标的结果有很好的对应关系,摇蚊亚化石组合变化揭示的苏干湖区小冰期相对湿润的气候状况在干旱区其他记录中也有反映,证实了摇蚊亚化石分析在西北干旱区古环境研究中的有效性。     

基于摇蚊的古环境和古气候国内外研究进展与展望

双翅目摇蚊科(Diptera:Chironomidae)昆虫生命周期相对较短,能够敏感响应环境因子变化,成为国际古湖沼学领域近20年来快速发展的代用指标,其主要近期进展可归结为以下4个方面:1样本训练集和转换函数的大量建立,以及区域数据库的对比和整合;2对湖泊水文、理化等内部因素在影响摇蚊群落方面所起的作用日益重视;3对现代间冰期以来、更为精细的时间尺度的关注;4实验技术和数值处理方法的改进,以及新指标的不断开发。国内的相关研究起步较晚,但迄今为止已经在长江中下游、青藏高原、云贵高原区、蒙新等地区开展了相应工作,并建立了摇蚊—环境数据库,同时关注湖泊内部因素对摇蚊种群的作用;古环境重建工作主要集中在西北干旱区和云贵高原区,东部地区的研究则主要反映了近期人类活动对湖泊状态的影响。就目前而言,基于摇蚊的古环境和古气候研究迫切需要:1开展更多的个体生态学工作,以广域范围内的现生调查为基础,构建属/种—环境因子之间的关系;2利用新技术手段进一步提高实验效率,提升鉴定分辨率;3注重先进的数量生态学方法以及同位素标记等新兴手段在研究中的应用;4充分重视摇蚊指标在湖泊自然状态界定和生态修复方面的作用。     

GDGTs温度指标在青藏高原湖泊的应用潜力分析——以昆仑山黑海为例

古温度的定量重建已成为理解地球气候系统演化的关键性环节,然而目前可靠的陆地温度重建指标仍然较少。来源于微生物细胞膜的甘油二烷基甘油四醚膜类脂（GDGTs）及其相关指标（甲基化/环化指标MBT/CBT和四醚指标TEX86）在湖泊古温度的定量重建中具有一定的潜力,但由于湖泊系统的复杂性及高原气候的特殊性等问题,使得相关指标在青藏高原湖泊的应用受到影响。因此,对目标湖泊开展详细的现代过程分析,考察GDGTs温度指标的应用潜力尤为重要。以位于藏北高原的黑海作为研究对象,采集表层沉积物、流域土壤以及入湖河流沉积物共24个样品。分析了黑海沉积系统中GDGTs的来源,探讨了GDGTs及其相关指标对环境因子的响应,考察了MBT/CBT指标及温度转换函数在高原湖泊温度重建中的适用性。结果表明：黑海中存在部分内源性GDGTs;水体深度对GDGTs的组成与分布影响较显著,电导率与总有机碳的影响较弱;MBT/CBT指标在高海拔和寒冷地区的湖泊古温度重建中有一定的局限性,应该结合区域特点、气候类型及母源微生物对特殊环境的生态响应等,建立更加适用于高原湖泊的温度指标及校正方程。     

临夏盆地13～4.4 Ma湖相沉积物颜色记录的气候变化探讨

利用高分辨率的代用资料来恢复古气候环境变化是当前过去全球变化研究的重要内容.通过对临夏盆地13～4.4 Ma时段稳定湖泊沉积物以10 cm间隔连续采得的2 060块样品进行颜色测定与分析,获得该时段湖相沉积物高分辨率颜色指标变化序列.通过沉积物颜色与成分分析,并与氯离子、CaCO3、风成石英砂含量和孢粉组合以及北太平洋ODP885/886孔的风成粉沙通量变化曲线对比,认为稳定湖相沉积物颜色指标是研究古气候变化的辅助性代用指标,并揭示了该地区在8 Ma和6.2 Ma左右存在两次重大的气候变干转型事件.     

西藏纳木错晚更新世以来湖面变化和湖相沉积中粘土矿物显示的环境信息

通过对西藏海拔最高、面积最大湖泊-纳木错周缘湖相沉积、湖岸堤的野外调查和湖岸阶地的水准测量,发现在纳木错沿岸拔湖48m以下,发育有6级湖岸阶地,拔湖48~139.2m发育有高位湖相沉积。湖相沉积物的同位素测年结果表明,纳木错湖泊发育与藏北高原东南部古大湖演化可划分为3个阶段:①116~37kaB.P.间的古大湖期;②37~30kaB.P.间的外流湖期;③30kaB.P.以来的纳木错期。根据纳木错晚更新世以来湖相沉积中粘土矿物的X光衍射分析结果,以及采用比值法、高岭石法和衍射峰法的研究,探讨了粘土矿物所显示的环境变化信息。粘土矿物成分变化表明,该区已具备了寒温带干旱、半干旱区的气候环境特征。为研究青藏高原的湖泊演化、气候变化、古地理变迁及其隆升过程等提供了新资料。      

湖相沉积物有机地球化学在古环境研究中的应用

湖相沉积物中的有机质蕴含着丰富的地球化学信息,是古环境研究中必要的基础资料之一。文章综述了近年来湖相沉积物有机地球化学在古环境研究中的应用,结果表明:1在应用有机地球化学信息探讨古环境时,首先要根据有机质组成特征区分其来源,不同来源的有机质,其地球化学特征存在差异;2有机质碳同位素(δ13Corg)是研究古气候变化的常用指标,在区分暖湿、暖干、冷湿、冷干气候类型时需结合沉积物中总有机质丰度(TOC)、总有机氮丰度(TN)、自生碳酸盐氧同位素(δ18O)等资料;3脂肪酸不饱和度可作为恢复古环境温度的定性指标,UK37和UK37'在定量恢复古湖水表层温度中有较好的应用效果,TEX86有望应用在古湖水表层温度的重建;4生物标志化合物可较好地区分沉积物中有机质的来源、沉积水体的盐度及氧化还原性。可见,有机地球化学是研究古环境常用且有效的技术手段,多项有机地球化学参数相互验证能够更精确地重建古环境并预测其演化趋势。     

黄土高原古气候变化定量重建的新进展

中国黄土- 红黏土沉积是可与深海沉积媲美的陆相沉积载体,记录了晚新生代东亚大陆气候环境变化历史。基于中国黄土的多种理化指标,重建了黄土高原地区构造- 千年尺度东亚季风变化历史,为探讨区域与全球气候的联系提供了关键证据。近年来,黄土高原古气候变化研究逐步从定性描述拓展到定量重建,本文旨在回顾基于中国黄土定量重建古温度和古降雨变化取得的重要进展。首先,梳理了古气候要素定量重建的指标和方法,古温度重建指标包括植硅体、碳酸盐耦合同位素、微生物脂类代用指标等;古降水变化敏感指标包括磁化率、白云石/方解石含量、生物微钙体Sr/Ca比值、有机碳同位素以及10Be等。然后,汇总了典型黄土剖面定量重建的古气候变化序列,分别从构造、轨道及千年时间尺度上探讨了古温度和古降雨的变化特征。结果表明,基于生标重建的不同时间跨度的土壤古温度变化序列,在冰期—间冰期尺度上的波动特征基本一致,但在冰盛期—冰消期时段出现了增温超前现象,说明陆地植被对土壤温度变化有重要调制作用。然而,不同指标重建的降水变化幅度差异较大,主导周期也存在差异,说明定量重建降水变化仍有较大挑战。最后,简要总结了黄土高原古气候定量重建存在的问题,明确了区分温度和降水季节性变化的重要性,指出加强地质记录与模拟结果的对比同化,将有助深化对多尺度季风变化动力学的理解。     

湖光岩玛珥湖沉积物硅藻硅同位素环境示踪

硅是硅藻生长所必需的养分,硅藻在生长过程中从水体吸收主要以硅酸(H_4SiO_4)形式存在的溶解硅.硅藻δ~(30)Si_(distom)可反映硅藻吸收硅酸比例的变化,进一步可以反映湖区气候与环境变化.为探索湖泊沉积物硅藻δ~(30)Si_(distom)在指示湖泊古环境方面的潜力,我们测定了湖光岩玛珥湖沉积物硅藻硅同位素变化.研究结果表明,沉积物δ~(30)Si_(distom)变化与生物硅和有机碳含量变化呈显著相似性,可作为一种有效的古环境代用指标.同时,与已有温度记录的对比分析表明,两者具有很好一致性.较高的如δ~(30)Si_(distom)指示了温度较高的气候条件下硅藻对硅酸的利用率较高;当δ~(30)Si_(distom)较低时,对应着在温度较低的气候条件下硅藻对硅酸的利用率较低.目前,热带陆地区域古气候重建的方法中可用的温度代用指标很少,此项研究证明了δ~(30)Si_(distom)是一种很有潜力的古环境代用指标,有望在低纬度地区古温度重建中发挥重要作用,值得进一步深入研究.     

晚第四纪黄土古温度定量重建研究进展

中国黄土是古气候研究的重要陆相沉积载体。定量重建黄土记录的古温度变化信息对于理解气候变化的机制具有十分关键的作用。过去主要借助磁化率、植硅体、游离铁与全铁、甘油二烷基甘油四醚(GDGT)等代用指标对黄土高原地区黄土记录的古温度变化进行定量研究。在简述晚第四纪黄土古温度定量重建常用方法的基础上,对各种指标的局限性进行了分析。准确定量重建黄土记录的古温度序列需要开展多指标、多方法的交叉检验。     

GDGTs在黄土古环境重建中的研究进展

甘油二烷基甘油四醚广泛存在于黄土、泥炭、湖泊、海洋等各类沉积载体中,并有效地记录了地质历史时期的古环境信息。简要概述了甘油二烷基甘油四醚的结构、生物源以及常见的甘油二烷基甘油四醚陆地环境代用指标,重点阐述了甘油二烷基甘油四醚在黄土古环境重建中的研究进展,并提出了展望。主要研究进展包括:①甘油二烷基甘油四醚古环境指标在黄土古气候研究中得到了较广泛的应用,并重建了黄土高原地区过去80万年的古温度变化;②黄土高原地区温度变化主要受当地夏季太阳辐射驱动,并受植被下垫面调控;③黄土高原地区末次冰消期降水的增加明显滞后于温度的升高。甘油二烷基甘油四醚在黄土古环境研究中仍存在重建温度偏高、环境指标与气候因子关系复杂等问题。未来对新指标的开发以及区域性转换函数的建立和应用将有望进一步提高甘油二烷基甘油四醚在黄土古环境重建中的准确性,并为解决不同气候区空间上的水—热配置模式和气候变化机制提供依据。     

南海东部69柱粒度分维指标与气候代用指标的分形比较及其意义

南海69柱粒度数据分析表明,晚更新世以来,粒度在0.2~11μm的标度范围内具有分形特征,粒度分维值DS为1.72~2.02,平均1.84;不同时期粒度分维值明显不同,氧同位素1期(冰后期)为1.88,氧同位素2期(冰期)为1.81,温暖的冰后期粒度分维值高且变化幅度大,寒冷的冰期粒度分维值低且变化幅度小,表明粒度分维值DS对沉积物的形成环境演化具有良好的指示意义。运用R/S分析法,对69柱沉积物的粒度分维值DS、UK37法估算的表层海水古温度、浮游有孔虫的δ18O、δ13C及其转换函数计算的冬季表层海水古温度、夏季表层海水古温度、季节性温差、沉积物SiO₂、CaCO₃含量9项指标进行尺度重整分析计算,得到其时间序列分维值D_H分别为1.2855、1.1712、1.2659、1.4244、1.2719、1.2214、1.2979、1.1366、1.1609。虽然这些气候指标是用不同物理单位测量的,但运用分形分析可以对它们进行数学比较,粒度分维值DS与季节性温差二者的时间序列分维值D_H最接近,从分形理论方面进一步证实粒度分维值D_S的变化主要反映气候的冷暖变化。综合粒度分维值DS及其他气候代用指标分析,识别出南海东部全新世以来的4次突发事件。     

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。     

第四纪湖相介形类壳体化石在古环境中的应用——种属组合研究进展与问题

综述了第四纪湖相介形虫化石种属组合在环境重建研究中取得的进展和存在问题,讨论了今后发展的趋势.湖泊沉积物介形类种属组合正逐渐成为古环境重建研究的常规微体生物学指标,过去几十年来国际国内研究取得重要进展,种属组合与环境参数的定量化研究成为主要趋势.化石壳体样品处理、埋藏条件评价等是提取种属组合指标的重要影响因素,需要规范化.现生种的个体与群落生态信息定量观测、调查研究是利用现代类比法(MAT)定量重建古环境的基础,也是我国介形类化石组合与环境重建中应该加强的方面.     

风成沉积物叶蜡氢同位素在揭示东亚季风区干湿变化中的原理及应用

沉积物叶蜡正构烷烃氢同位素是指示气候和环境变化的一种新的生物地球化学指标,由于其存在广泛、成因机制清晰、易于保存等特点,被认为是具有很大潜力的重建古环境的替代指标。分析了正构烷烃的形成过程与其氢同位素的分馏机制,讨论了叶蜡正构烷烃氢同位素在不同气候区指示湿度变化的能力,总结了在东亚季风区半干旱区的一些应用案例。相比于风成黄土中其他气候代用指标,沉积物正构烷烃氢同位素更直接地指示了区域干湿变化,对区域气候和环境变化响应敏感,在长时间尺度上记录了水汽变化过程,并存在显著的太阳辐射岁差周期。正构烷烃氢同位素是一种理想的东亚季风区干旱半干旱地区湿度重建的代用指标,未来需要进一步研究大气降水同位素和本地分馏过程对其变化的控制规律,加强其在古气候定量重建中的研究应用。     

Research Progress in Responses of Modern Terrestrial Plant Carbon Isotope Composition to Climate Change

Global climate change has been one of the most concerned environmental problems in the world since the 1980s. Since stable carbon composition (¹³C) in plant tissues can record abundant information on climate changes, it has been widely used as an important climate proxy in global change studies and becomes a powerful tool for obtaining paleoclimate information, understanding paleoenvironment reconstruction and modern climate change, and predicting future climate trends. However, a lot of potential uncertainties have always involved in the reconstruction of paleoclimate and paleoenvironment by carbon isotope of the past period sediment or fossils. Among them, the most dominant uncertainty is due to our poor understanding of the relations between carbon isotope ratios of plants and climatic factors and the climatic and environmental significance indicated by modern plant ¹³C. This may limit the application of plant ¹³C in the study of climatic and environmental changes. Based on the Summary of plant ¹³C fractionation and carbon isotope distribution of different photosynthetic plants, the effects of environmental factors, e.g., temperature, precipitation, atmospheric CO₂ concentration, and altitude on terrestrial plant ¹³C and their relationships were reviewed in this paper, and the response mechanism of plant ¹³C to climate changes were also analyzed. Furthermore, the current existing problems and the future prospects in carbon isotope study were discussed. It is pointed out that strengthening some studies such as the response of C₄ plants ¹³C to climate environmental parameters, the transformation relation of different scale plant ¹³C, intersection and permeation of related disciplines, and various proxies and scientific method, will undoubtedly make us have a more accurate understanding of the climate history and eventually broaden the development of the field during the process of global change study by plant carbon isotope techniques.     

近千年来中国气温模拟与重建资料的对比分析

依据伞球海气耦合气候模式ECHO-G近千年积分模拟结果,通过对中国气温模拟序列与重建资料进行对比分析,以验证模式对中国地区气温变化的模拟能力.结果表明模拟结果与重建资料都明显体现出了11世纪至14世纪的中世纪暖期、15世纪至19世纪的小冰期及20世纪的现代暖期3个气候特征时期,并且二者在冷暖时期的转换时间上也较吻合,模...     

白垩纪陆相红层及其古温度的氧同位素重建方法探讨

介绍了白垩纪陆相红层研究的现状及前景,特别是其在白垩纪陆相古气候恢复方面所具有的重要意义,并介绍了氧同位素测温方法的一般原理.在白垩系陆相红层古温度恢复过程中可能普遍使用两种载体：碳酸盐岩及三价铁氧化物.陆相红层古温度重建对于理解陆相古气候、陆相红层的形成机制、重大地质事件以及“温室气候"具有十分重要的科学意义.     

长白山泥炭湿地主要植物植硅体形态特征研究

对长白山地区常见的泥炭地25个属31个种植物进行了植硅体形态鉴定统计,共发现植硅体类型15种,它们分别是硅化气孔、棒型、扇型、板型、硅质突起、尖型、导管型、帽型、齿型、哑铃型、鞍型、多边帽型、毛发型等。除禾本科和莎草科、菊科部分植物植硅体含量高外,木贼科、堇菜科、茜草科、蓼科等部分植物植硅体的含量也较高。禾本科植物的短细胞植硅体对植物分类有意义,但可能因采样环境和种类差异等原因,长白山泥炭湿地禾本科植物的植硅体在形态和数量上都与其他区域同类研究结果有所差异,如禾本科早熟禾亚科的菵草中新发现了含量丰富的枕木型植硅体,黍亚科的荩草和水稗中还发现少量帽型植硅体; 另外菊科兴安一枝黄花和齿苞风毛菊含有大量的特殊的尖形植硅体。硅化气孔宽度大小可指示环境湿度状况,对硅化气孔的数量和大小的深入研究将对古环境和古CO₂浓度的恢复有一定帮助。长白山泥炭湿地植物的植硅体与植物的分类关系密切,湿地植物植硅体中硅质突起、棒型、哑铃型和尖型植硅体特征组合代表湿冷组合,本研究中的5块泥炭湿地植硅体的组合特征受纬度变化影响不明显。     

关于我国过去全球变化研究的几点设想

过去全球变化（ＰＡＧＥＳ）是ＩＧＢＰ的核心计划之一。在同国际ＰＡＧＥＳ计划研究内容对等的前提下，我国的过去全球变化研究既应发挥国内原有工作的传统优势，又应照顾到东亚古环境演变的独特性和填补全球资料空间缺口的需要。根据这一原则，本文对我国相应于ＰＡＧＥＳ计划的具体研究内容提出了若干建议。     

树轮年代学的若干进展

树轮年代学是一门研究树木木质部年生长层，以及利用年生长层来定年的科学。由于树轮不仅是一种定年工具，它本身还可提供树轮生成时的环境要素信息，为一种环境变化的代用资料。在全球变化特别是在过去全球气候变化研究中，树轮年代学受到愈来愈广泛的重视，在近期内取得了长足的、惊人的进展。本文仅在树轮长年表的建立，树轮年代学生物基础研究──模式研究，利用树轮对环境要素变化的研究，以及树轮的图像分析等几个与环境变化研究相关的方面和本学科目前研究热点的若干进展，予以概要的论述。