长江下游升金湖沉积物记录的过去千年高分辨率气候环境变化

中国东部季风区气候格局具有强烈的时空差异,加强过去千年高分辨率气候变化历史重建及其机制研究对于深刻认识中国东部当今及未来气候变化趋势以及制定应对策略具有重要科学意义。本研究以长江中下游地区典型湖泊升金湖长度为86 cm的沉积岩芯为研究对象,在AMS ¹⁴C测年数据建立可靠年代框架的基础上,利用沉积物粒度、总有机碳（TOC）、总氮（TN）、碳氮比（C/N）和无机碳（IC）等指标高分辨率重建该流域过去千年以来的气候环境变化。研究结果表明：1）阶段Ⅰ（1000~1350 A.D.）,对应中世纪暖期,平均粒径相对较细,TOC、TN、C/N较低,说明湖泊水位总体较高,1100 A.D.后粒度粗粒成分增多和IC波动增长,表明流域气候逐渐向干旱化状态转变;2）阶段Ⅱ（1350~1600 A.D.）,进入小冰期前期,平均粒径和IC含量进一步降低,TOC、TN、C/N上升,指示湖泊水位持续升高,气候偏湿润;3）阶段Ⅲ（1600~1850 A.D.）,进入小冰期后期,平均粒径增大,表明湖泊流域降水减少,水位下降,流域内湿地植被发育从而使得TOC、C/N增大,IC也迅速增加,湖泊流域气候较为干旱;4）阶段Ⅳ（1850~2000 A.D.）,对应现代暖期,平均粒径下降,IC降低,湖泊水位再次上升,气候总体呈暖湿状态,TOC、TN、C/N受气候和人类活动共同影响而持续增长。区域重建结果对比表明,中世纪暖期和小冰期升金湖沉积物记录与长江中下游地区其他研究结果记录的干湿变化较为一致。进一步将升金湖记录与近千年来的东亚夏季风环流、ENSO以及太阳辐照度等记录进行对比分析发现,该地区过去千年以来的气候变化不仅受东亚夏季风变化控制,同时还受到ENSO状态及太阳辐照度变化等显著影响。在中世纪暖期和小冰期后期,以拉尼娜态为主,太阳辐照度较强,升金湖地区气候较为干旱;小冰期前期和现代暖期以厄尔尼诺态为主,升金湖地区气候较为湿润;现代暖期后,升金湖地区气候变化与太阳辐照度关系不明显,推测可能受人类活动影响更为强烈。

     

14 ka以来苦海沉积物地球化学记录及其古环境意义

对青藏高原东北部封闭咸水湖泊苦海水深最深处KH17钻孔进行沉积物粒度、烧失量和X射线荧光光谱（XRF）测试及XRF测试结果的主成分分析（PCA）,以揭示14 ka以来苦海沉积物特征及其所反映的搬运与沉积过程变化,反演湖泊流域古环境。研究结果表明:第一主成分（PC1）主要包括Ti、Fe、K等元素,指示径流输入强弱;第二主成分（PC2）中载荷值较大的Ca和Sr与碳酸盐含量相关,指示湖泊蒸发强弱;Zr（第三主成分中载荷值最大）与砂组分、Rb与黏土组分含量相关,分别指示风力输入粗颗粒物质和径流输入细颗粒物质情况,其比值可反映化学风化弱强;Fe/Mn、Sr/Ca也能较好地指示沉积物氧化还原环境、湖水盐度和水位情况。基于上述记录所建立的古环境演变重建结果显示:13.6~13.0 ka B.P.苦海水位较低,径流输入相对强;13.0~11.5 ka B.P.受新仙女木事件影响,环境干旱且温度极低,风力作用强,输入物质多;早全新世升温显著,蒸发作用强,内生碳酸盐沉积增多,湖泊水位增加缓慢,中全新世期间达到最高水位;5.3 ka B.P.以后,湖泊经历干旱时期,盐度与碳酸盐沉积增加;2.7 ka B.P.以来水分供给波动,湖泊水位显著振荡。     

与元素丰缺有关的水文地球化学生态环境模型

通过对离柳地区上缺与生物和人群健康关系的地方病分布特征的分析,再结合其他地区的水文地质蓄水构造和不同水文地球化学作用、元素形成、迁移、分异特征,及与人群健康和生物的某些生态环境问题,耦合成为水文地质蓄水构造－水文地球化学－生态环境多重耦合模型;依据生态位理论将水文地质蓄水构造区内划分为三种不同的生态环境区,并作了分析和描述,将水资源与生态环境形成一个整体研究系统,为不同生态环境区水资源的合理开发利     

元素地球化学特征的多元统计方法研究：长江与黄河沉积物元素地球化学研究

运用因子分析,聚类分析及相关分析等多各多种元统计分析方法对长江与黄河表层沉积物化学成分进行的分析表明,长江与黄河沉只物的常量与微量元素组成具有显著差异,除Ｃａ,Ｎａ,Ｓｒ,Ｂａ,Ｔｈ,Ｚｒ,Ｈｆ等元素外,长江相对富大多数常量及微量元素,表生环境中元素具有不同的迁移,富集规律,多数元素主要以吸附态搬运而在粘土中富集,而Ｃａ,Ｎａ,Ｓｒ,Ｚｒ,Ｈｆ及一些重稀土元素则在粗粒级中含量较高,元素活动性也存在     

太平洋北部铁锰结核富集区沉积物的元素地球化学特征

本文对太平洋北部铁锰结核富集区沉积物的元素地球化学作了较为详细的研究。因子分析提供的信息表明,元素的分布主要受三个因子控制:（1）粘土及Fe、Mn氧化物水化物胶体的吸附作用;（2）生物化学作用过程有关的自生沉积作用;（3）海底页岩风化及附近海区的火山喷发作用。元素的来源:（1）Fe、Mn、Cu、Co、Ni、Zn、Cr、Cr、Mg、Al、Ti、K共生,主要来自粘土吸附;（2）C_有机、N、Sr、Na及Si、Ca、Sr主要来自生物化学过程沉积;（3）Pb主要来源于岩石碎屑（火山喷发碎屑）。     

大兴安岭阿尔山天池湖泊沉积物记录的全新世气候突变

阿尔山天池是大兴安岭中部一个封闭的火山口湖,地处东亚夏季风尾闾区,是研究区域气候快速变化的良好载体。通过对阿尔山天池岩芯（深度243~100 cm,年代10.0~1.3 cal.ka B.P.）开展连续、高分辨率的XRF元素扫描和粒度分析,选取岩芯中12种含量较高且环境指示意义明确的地球化学元素开展相关分析及因子分析发现：全新世时段阿尔山天池湖泊沉积物中Sr、Rb、Zr、Fe、Ca、K、Ti、Si、S、Mn、Cl等元素变化一致且均与Cr元素变化趋势相反,其中Sr、Rb、Zr、Fe、Ca、K、Ti、Si等8个迁移积累型元素之间相关性较高,且为湖泊元素变化的主控因子,说明阿尔山天池湖泊沉积物中元素来源主要受外源碎屑物质的影响,湖泊沉积物元素变化主要决定于区域气候的干湿状况。基于精确的年代框架,通过阿尔山天池沉积物Ca/Ti,Cr/Ti,Fe/Mn,Rb/Sr和Fe/Ti元素比值、粒度数据,与同一地区的月亮湖TOC和乔木花粉百分比记录对比分析表明：大兴安岭中部地区全新世以来气候-环境和湖泊水位经历了温暖偏干-低湖水位期（10.0~7.3 cal.ka B.P.）、温凉湿润-高湖水位期（7.3~6.1 cal.ka B.P.）、温暖湿润-低湖水位期（6.1~4.3 cal.ka B.P.）、温凉湿润-高湖水位期（4.3~3.0 cal.ka B.P.）、温暖湿润-较高湖水位期（3.0~1.4 cal.ka B.P.）等5个阶段的演变;元素记录15次显著快速干旱气候事件,其中发生在7.8cal.ka B.P.、7.3cal.ka B.P.、6.9cal.ka B.P.、6.5cal.ka B.P.、6.3cal.ka B.P.、6.1cal.ka B.P.、5.5 cal.ka B.P.、4.2 cal.ka B.P.、3.8 cal.ka B.P.、3.6 cal.ka B.P.、3.0 cal.ka B.P.、2.6 cal.ka B.P.及1.8 cal.ka B.P.的13次干旱事件与已有大兴安岭地区其他钻孔记录均有较好的对应。此外,阿尔山天池湖泊记录中Fe/Ti元素比值与粉砂和粘土含量变化趋势基本一致,表明在东北封闭湖泊中Fe/Ti可作为湖泊细颗粒组分的良好代用指标。本研究表明湖泊沉积物高分辨率的XRF元素扫描分析在气候快速变化研究方面具有很大的潜力。

     

近四十年来山东南四湖环境演化的元素地球化学记录

根据^137Cs放射性同位素比率获得了南四湖上级湖沉积岩芯(0～20cm)分辨率达1．4年过去约43年的连续沉积序列(1957～2000年)。利用ICP-AEs和HG-AFS获得了柱状沉积物中的主要元素含量。根据聚类分析和沉积原理与人类活动进程的对比，认为Cu、V、K、Ni、Be、Cr、Ti、Ba、Mg、Al、Fe、zn、Na、Co、Ca和Sr等元素的含量变化主要受流域侵蚀物质的变化控制；Hg、Pb、As和Mn则主要来源于人为污染。受流域侵蚀物质来源控制的元素含量变化可以分为两个阶段：1957～1962年为上升阶段，1962～2000年为下降阶段，这与区域气候向干旱化方向渐变和历史记载资料一致。人为污染来源的元素如Hg、Pb和Mn在1982年后表现为明显上升趋势，这与该地区以燃煤为主的能源结构且华东地区为最重要的煤田能源基地、城市扩展及区域经济发展有密切关系；而As含量在1974～1982年间增加明显，这与该流域内当时农业上大量使用含As农药，残留物随农业退水进入湖泊水体有关；尔后含As农药使用量减少，沉积物中的As含量明显下降。     

梁子湖表层沉积物元素分布模式及地球化学意义

表层沉积物中元素分布模式及其地球化学特征能提供沉积物物源及易受人为活动影响的重金属元素等信息。运用X-射线荧光光谱仪和单道等离子发射光谱仪等对梁子湖表层沉积物中的常量元素和微量元素进行了分析测试。运用多元统计等方法对测试数据分析发现,梁子湖表层沉积物中的常量元素分布受介质物理化学条件影响比较明显;微量元素中除Zr和Nb等元素外,其余元素的质量分数相对较低;重金属元素的质量分数值大多数接近于武汉湖泊的背景值和欧美湖泊的背景值,低于东湖和汤逊湖等受人为活动影响较大的湖泊。在平面分布上,大多数元素都有明显的平面分布规律,K2O、CaO、Na2O、MgO、Al2O3、Fe2O3、Li、Rb、Sr、Ba、Mn、Se、Ni、Sc等都在东北部和东部富集,而Si在西南部富集,Zr和Hg在中部富集。元素分布规律主要受沉积作用和湖东地区矿山地质背景等因素的控制。     

滇池近代沉积物的元素地球化学特征及其环境意义

在滇池水域采集了10个近代沉积物芯柱,系统测定了2个芯柱的常量元素、微量元素、稀土元素含量和8个芯柱的总磷(TP)及磁化率。研究表明,元素垂向分布上多存在分段富集的特征:自下而上,Al2O3、Fe2O3、K2O、TiO2、Cu、Co、Ni、Pb、Zn、Cd、Sr、U、Zr、TP含量逐渐增加;P2O5和CaO含量逐渐升高,在表层沉积物中(12～0cm)达最高;MgO、Na2O、MnO、Cr、V、Rb、Sc、Th、Cs、Ba含量总体较稳定,但在上部有降低趋势;稀土元素总量略微降低,各稀土元素含量也表现出差异变化趋势;磁化率也缓慢增加,反映了不同历史时期物源输入的变化。在此基础上,结合前人对滇池近代沉积物的137Cs定年结果,确定了滇池约150年以来的沉积速率,其污染历史主要开始于20世纪60年代初期,而70年代末期以来的30多年是Cu、Ni、Pb、Zn和Cr等重金属污染的主要时期,还发现20世纪20年代末至30年代末还存在一次沉积环境的改变事件。滇池近代沉积环境的演化与昆明市的工业化、城市化和经济发展历史相吻合,人为活动日趋加剧应是导致滇池近代沉积物污染的主导因素。     

近4400年来南海北部陆架沉积地球化学记录及其地质意义

对位于海南岛南部陆架的S20孔沉积物进行了沉积学、AMS14C年代、粒度和常微量元素分析,初步探讨了该区物质来源及蕴含的亚洲季风演化信息。近4 400 a以来,S20孔岩性较均一,其沉积作用受相对单一而稳定的水动力条件控制。S20孔沉积物源区物质硅酸盐矿物经历了明显的风化,A—CN—K图示和较低的CIA值（小于66）指示了源区较低的化学风化程度。海南岛东部河流和珠江物质是最为可能影响S20孔区域的两个来源,由于对海南岛河流物质的研究相当匮乏,本研究尚无法定量估算该两个可能物质来源的各自贡献。S20孔沉积物CIA、Al2O3/Na2O、CaO*/TiO2、Na2O/TiO2等变化主要反映的是源区物质风化程度变化,该孔沉积物源区化学风化程度自4 400~1 600 a BP逐渐减弱以及1 600 a BP以来的逐渐增强,与中国南部Dongge洞石笋氧同位素曲线记录的亚洲夏季风变化趋势对应良好,说明该区沉积物中蕴含了丰富的亚洲季风变化信息。S20孔沉积物揭示出的化学风化程度强弱可能主要受控于轨道时间尺度上北半球夏季太阳辐射量变化。南海陆架区沉积物中物源与季风演化等信息的提取,亟待更多更高精度研究工作的展开。     

湄公河三角洲第四系沉积物地球化学特征及其地质意义

湄公河三角洲是由发源于青藏高原的世界第7长河——湄公河于南海西南部入海口处沉积而成.由于缺少可靠的地球化学资料和系统研究,湄公河三角洲地区第四系沉积物源性质尚不明确,制约了对湄公河三角洲源汇系统的进一步认识.本文对湄公河三角洲第四系沉积物进行了重矿物、主量元素和微量元素的地球化学特征分析,结果表明:所有样品稀土元素球粒...     

若尔盖高原湖沼沉积剖面饱和烃组分特征及地球化学意义

利用GC-MS技术对若尔盖高原一湖沼沉积剖面（深346 cm）沉积有机质的饱和烃馏分进行了分析,结合已有的AMS 14C年代、剖面岩性和TOC资料,探讨了该剖面分子化石分布特征及其相关参数对有机物来源、微生物活动和气候变化等环境信息的指示意义。分析表明,中高碳数占绝对优势的正构烷烃反映了有机物主要来源于高等植物,且草本高等植物输入丰富;岩相、TOC和Pr/Ph比值很好地指示了该剖面沉积物从早全新世（约11.4~7.3 cal ka BP,深度346~203 cm）强还原深湖条件到中全新世（约7.3~4.5 cal ka BP,>203 cm）弱还原沼泽条件的演化过程,正构烷烃参数奇偶优势（OEP1和OEP2）、C25/C31和轻烃/重烃比值（∑C21-/∑C22+）详细反映了这种水文演变过程中生物源的变化,尤其剖面120 cm以上很可能有泥炭藓(Sphagnum)的重要输入,而且敏感地指示了剖面120 cm以上有机物遭受了明显的微生物改造作用,从而引起正构烷烃组分的改变。另外,在约9.8~8.6 cal ka BP（深度286~240 cm）期间剖面岩性及其以上各项代用指标发生明显快速变化,说明早全新世若尔盖高原气候相对暖湿阶段具有不稳定性。     

全新世以来巴里坤湖面积变化及气候环境记录

通过新疆北天山东段巴里坤山北麓巴里坤湖及周缘地区7个剖面的沉积相带划分、OSL测年、粒度分析、磁化率测试,研究了全新世以来巴里坤湖区湖面积变化:14 000 a B.P.末次冰盛期晚期,东天山地区冰川发育,由于水体封存于巴里坤山冰川,导致巴里坤湖萎缩至1#剖面以北。8 000～4 000 a B.P.巴里坤山冰川融化,巴里坤湖扩张进入全新世以来最大湖期,湖泊扩张至1#剖面以南,面积达到600 km2。东天山地区温暖湿润的全新世适宜期为8 000～4 000 a B.P.。其后湖泊逐渐萎缩,4 000～2 000 a B.P.湖泊面积大约470 km2。2 000～1 000 a B.P.面积萎缩至380 km2。在1 500 a B.P.左右湖泊曾经基本干涸,在目前湖心地带出现泥坪沉积。其后巴里坤湖进入小湖期,湖泊面积在100 km2范围波动,时有扩张或干涸。全新世巴里坤湖水位变化主要受北半球夏季太阳辐射变化控制,具体表现在北半球冰盖由扩张转为融化背景下,全新世早期巴里坤山冰川发育和全新世中期的巴里坤湖冰川融水的注入扩张;巴里坤地区受东亚夏季风影响甚弱,西风环流带给的水量补充有限,全新世中晚期巴里坤地区向干旱环境发展。     

云贵高原湖泊沉积物中的色氨酸及其地球化学行为

利用碱性水解—高效液相色谱联用技术测定了云贵高原四个湖泊沉积物中色氨酸的含量。讨论了色氧酸的早期成岩作用并与其它氨基酸进行比较。利用优化的碱性水解条件(120℃、4．2MNaOH溶液中水解20h)分析沉积物中的色氧酸含量,回收率达93％。实验结果显示,在所研究的四个湖泊沉积物中,色氨酸只是一种微量氨基酸组分,浓度为0．15～2．66μmol／g,占总可水解态氨基酸的0．17％～9．18%。色氨酸的相对摩尔百分含量随沉积深度的增加呈上升趋势,与其它两种芳香性氨基酸酪氨酸和苯丙氨酸的变化趋势相反,揭示了芳香性氨基酸在早期成岩过程中的地球化学行为。研究结果还表明,色氨酸在沉枳物早期成岩过程中被硅藻细胞壁选择性保存。     

青藏高原兹格塘错流域50年来湖泊水量对气候变化响应的模拟研究

运用数值模拟建立青藏高原兹格塘错流域土壤、植被、气候等的空间和属性数据库;接着,借助分布式流域尺度水文模型（SWAT模型）,对兹格塘错1956—2006年间的流量进行模拟实验;最后,反演50年来兹格塘错流域水文过程,测试流域温度、降水和蒸发组合的敏感因子对湖泊水量变化的效应,探讨50年来湖泊水量对气候变化的响应。模拟实验的边界条件设置为自然地形、土壤、植被覆盖,其中土壤资料包括有机质含量、粒径等理化参数。模拟结果表明：兹格塘错的年平均流量为6.3m3/s,流量高峰集中在8月至10月,并且由于融雪补给的关系,3月出现另一个流量高峰;模拟结果与遥感解译所得到的结果吻合较好。敏感实验表明：兹格塘错流域内温度、降水和蒸发组合的敏感因子实验具有高原特征,即高原湖泊的水文过程和湖泊流量变化有着较为敏感的响应关系;兹格塘错流量受降水的影响最大,随着降水的增加,流量有所增加;在温度升高的情况下,流域蒸发量增加速度大,兹格塘错流量增加的效应不明显,而在冷湿模式下,流域蒸发量降低,兹格塘错流量增加显著。     

检出于沉积物和凝析油的一种生物标志物及其地球化学意义

在莺┐琼盆地沉积物和凝析油中首次检出了一种未知化合物（标记为“E”），该化合物很可能是新生物标志物，指示热带海洋水生低等生物的输入，同时还可能作为判别海相有机质成熟度的一个指标。     

1200a来洪湖演变的环境磁学记录

对取自洪湖的 140cm沉积物样芯进行了环境磁学测量,分析了所获得的环境磁学参数随深度变化的曲线,结果表明,沉积物磁性特征由稳定单畴(SSD)和细粘滞性 (FV)亚铁磁性矿物所主导,磁性矿物颗粒由下至上粒径逐渐减小。结合AMS测年和地球化学分析,可以推断出洪湖在 1200a来经历了沼泽沉积和湖相沉积。并且磁性特征的变化与气候的变化大致对应:磁性参数较大值对应着冷干的气候条件;水热条件增强时,磁性参数值下降。较好记录了湖泊随气候的扩张和缩小过程,同时也反映了人类活动的影响。     

Paleoclimate of Southwestern China for the Past 50,000 yr Inferred from Lake Sediment Records

Long sediment cores (12.5 and 13.5 m) from two lakes in Yunnan Province were used to infer the paleoclimate of southwest China over the past 50,000 yr. During the Holocene and marine isotope stage (MIS 3), bio-induced carbonate precipitation and organic matter (OM) production was high, suggesting warm temperatures and high primary productivity. In contrast, sediment inorganic carbon (IC) and organic carbon (OC) concentrations were low in last glacial deposits from 38,000 to 12,000 cal yr B.P., indicating cool temperatures and low productivity. The 50,000-yr record has alternating peaks of carbonate and coarse-grain (>38 μm) quartz that reflect warm, moist interglacial or interstadial conditions alternating with cold, dry glacial or stadial conditions, respectively. Spectral analysis of the carbonate and quartz signals reveals power concentrated at periods of 7200 and 8900 cal yr, respectively, that may reflect a nonlinear climate response to precessional forcing at a time of reduced eccentricity modulation (McIntyre and Molfino, 1996). Oxygen isotope values of calcite from Yunnan lake cores indicate the summer monsoon was weak during the last glaciation from 50,000 to 12,000 cal yr B.P. The summer monsoon intensified between 12,000 and 8000 cal yr B.P., but weakened gradually in response to insolation forcing during the mid-to-late Holocene. Our results support the Overpeck et al. (1996) model that posits a weak summer monsoon during the last glaciation that responded nonlinearly to insolation forcing when its intensity was affected by Eurasian snow cover and ice-sheet extent. The summer monsoon intensified and responded linearly to seasonal insolation forcing in the Holocene when ice volume diminished.