中国黄土研究新进展 (三)时间标尺

作者对宝鸡黄土剖面的粒度组成以10cm 为间隔进行了系统的采样和分析,并以这条粒度曲线为基础,建立了一条适合黄土高原各代表性剖面的轨道调谐时间标尺。据此对37个古土壤的顶、底年龄作了估计。在建立这条时间标尺的过程中,各古地磁界线的K-Ar 年龄值基本保持不变。时间标尺建立后,对地轴倾斜度和岁差的特征周期进行了滤波,发现滤波曲线与理论计算值有很好的匹配。对比已有的两条深海轨道调谐时间标尺,宝鸡剖面时间标尺在时间分辨率及滤波曲线与理论计算值相匹配方面具有一些明显的优点。     

升温处理对植物碳同位素测试结果的影响

通过研究内蒙古锡林郭勒典型草原生态系统和青海海北高寒草甸生态系统的12种植物在不同升温条件下的碳同位素测试结果,讨论升温处理及其造成的轻微炭化对植物碳同位素组成的影响并分析其作用机理。升温处理对多数植物样品的碳同位素组成没有强烈影响,但也可能导致部分植物的碳同位素组成变重(尤其是当样品发生轻微炭化时),其分馏程度会因物种的不同而不同。     

第四纪气候变化机制研究的进展与问题

自从20世纪50年代海洋沉积氧同位素记录被揭示以来,经典的陆地4次冰期理论被新的认识所取代,人们发现第四纪以来冰期—间冰期旋回远远不止4次,并且从深海沉积和陆地黄土获取的古气候变化记录与地球轨道参数变化可以对比,为揭示第四纪古气候变化机制构建了明确的框架。近年来有关末次冰期不稳定气候事件的揭示也为深入认识古气候变化特征提供了新的证据。然而冰期—间冰期旋回机制、南北半球在冰期—间冰期循环过程中的耦合机制以及气候不稳定事件发生机制仍然是困扰古气候研究者的重大问题。     

动物牙釉结构碳酸盐碳、氧同位素测试方法的比较

不同学者用磷酸平衡法分析古哺乳动物牙齿化石碳酸羟基磷灰石中结构碳酸盐的碳、氧稳定同位素组成时，预处理方法和实验条件也不尽相同。实测结果表明，预处理条件与磷酸法制备CO2的反应温度和反应时间均可能对分析结果产生影响，需在综合运用机械和化学手段除净外表附着碳酸盐的前提下，将样品充分研磨，并彻底分解其中的有机组分和非结构碳酸盐，再制备CO2。70℃的恒温水浴可以使化学反应和同位素分馏均在短时间内结束，且较为完全、彻底，测得的同位素数据重现性好；而25℃时反应进行较缓，氧同位素测试结果有时可能不理想     

深海氧同位素第3阶段时期东亚季风区大气湍流特征

深海氧同位素第3阶段是末次冰期中的一段特殊时期,与全新世存在一定的相似性.为了深入分析深海氧同位素第3阶段时期的大气环境特征,本文利用黄土粒度的多组分特征,根据流体力学原理,指出其动力学原因是粉尘在搬运过程中风力、湍流和颗粒重力共同作用下形成的分选结果;黄土-古土壤粒度分布中的粗、中粒组分中值粒径近似反映了源区起尘时和沉降区降尘时近地表大气湍流强度的变化.对渭南地区黄土剖面的分析发现,末次冰期深海氧同位素第3阶段以来在中国黄土区存在大致以4千年为周期交替出现的强湍流期与弱湍流期,强湍流期对应于降温事件,如Heinrich事件,并存在着3种源区环境控制的不同大气湍流类型;在深海氧同位素第3阶段粉尘源区和沉降区都存在两种不同大气环境类型在时间上的频繁同步交替,具有高度的不稳定性和周期性波动特点,与末次冰盛期的大气环流模式可能相似,而与全新世不同;同时在该时期的强湍流降温期源区进退较明显、沉降区环境稳定,而弱湍流期源区较稳定、沉降区大气环境变化较大.     

黄土高原黄土和红粘土~(10)Be地球化学特征

充分认识元素和同位素在不同环境条件下的地球化学行为,是运用元素和同位素示踪环境变化的前提。对来自于黄土高原的黄土、古土壤和红粘土样品的宇宙成因核素10Be测量和化学成分分析,以及各种化学淋溶实验表明：10Be主要以吸附状态赋存于粉尘沉积物粘粒矿物的表面,部分已结合进自生的粘土矿物中;在粉尘沉积物风化过程中10BC与9Be和Al的活动性相似,基本没有发生迁移,其原因是连续沉积的粉尘含有大量的碱性物质,阻止了10Be的解吸附和淋滤;沉积和风化作用导致了10Be浓度与化学指标在黄土－古土壤和红粘土剖面中的协同变化。     

洞穴碳酸钙微层理在中国的首次发现及其对全球变化研究的意义

研究我国北部季风气候区石笋的微生长层及其气候意义，在北京石花洞石笋中发现微生长层。通过年代测定、气候事件控制分析，初步提出了石笋微层的年层时标含义及层厚变化主要响应降水变化的气候意义。试图利用微层的层厚－降水响应关系，重建北京地区最近1130年来干湿变化的年分辨率趋势，通过功率谱分析发现136年、50年、16～18年、11年、5．8年的降水周期变化。     

中国黄土和阿拉斯加黄土磁化率气候记录的两种模式探讨

在中国和中欧黄土-古土壤研究中发现的磁化率与成壤作用(或古气候温湿程度)的正相关性已被第四纪科学家广泛认识,并应用于古气候研究中.成壤过程形成的亚铁磁性矿物被认为是古土壤磁化率增加的主要原因;然而,这一模式并不一定适用于其他黄土沉积地区,如阿拉斯加和西伯利亚黄土沉积显示了一个完全相反的磁化率行为,即在黄土层获高磁化率值而在古土壤层获低磁化率.这种相反的关系过去被解释为磁化率反映的是与风动力吹来的亚铁磁性矿物的含量,即与风速或风力大小有关.本研究发现阿拉斯加黄土与古土壤的磁性矿物性质有明显差异,不仅仅是粒径的大小,还有磁性矿物的种类即矿物相的差别.这一证据很难单纯以风力强度的大小来解释,意味着阿拉斯加古土壤的低磁化率至少部分是在成壤过程中亚铁磁性矿物发生改变(如溶解)而造成,表明阿拉斯加黄土和中国黄土的磁化率与古气候记录可能存在两种模式,即氧化和还原条件下的成土模式.黄土磁化率在不同的气候(温度湿度)条件下有着不同的对应关系:在低降水量、高蒸发量的干旱氧化成壤条件下,利于亚铁磁性矿物的生成,其磁化率与古气候的关系呈正相关,如中国和中亚黄土;在高纬高湿的还原成壤条件下,亚铁磁性矿物会被破坏被分解,其磁化率与古气候呈负相关关系,如阿拉斯加黄土.如果成壤条件在氧化和还原之间来回变换,那么就很难找到两者之间的联系.因此,将磁化率应用于古气候的重建时要加倍的小心.     

第四纪科学发展展望

第四纪科学是地球科学的一个分支.20世纪中国第四纪研究的发展历史,可以分为两个阶段:1909～1949年,强调理论研究与实际应用的结合,适当地采用"全盘西化"的办法,将中国与世界先进的差距,由100年缩短为50年,跨越了一大步;1950～2000年,在完成国家需求的鼓励下,适当地越过经典研究范畴,参与环境问题和全球变化的研究,使得中国第四纪科学追赶了50年的差距.在21世纪开始之时,中国与国际第四纪研究的步伐有前有后,但基本上是站在同一起跑线上.对21世纪的第四纪研究,作者提出了以"研究过去只是为了未来"和"地学的文艺复兴在呼唤未来"为题的两个思路,从1)以人为本--务实社会需求;2)地球和人类共同的历史--人与自然和谐;3)我们需要自己提出理论--一种科学文化;4)群众需要第四纪--极大地提高人民的素质等4个方面展望了中国第四纪研究的新形势.     

土壤温室气体昼夜变化及其环境影响因素研究

通过对北京东灵山草地和桦树林土壤气体CO₂,N₂O和CH₄浓度及其排放通量的昼夜连续观测,探讨了生长季节草地和森林土壤温室气体昼夜变化及其环境影响因素。研究表明:1)土壤CO₂排放通量昼高夜低,N₂O排放通量有明显小时尺度波动,但昼夜变化不突出;土壤CO₂和N₂O浓度昼夜变化不明显,且与排放通量波动不一致;土壤是大气CH₄的一个汇,相对厌氧的环境可能有利于土壤吸收CH₄。2)无雨时气温昼夜变化通过影响土壤表层的气体扩散和CO₂产生过程,来影响土壤CO₂和N₂O的地表排放通量,而对土壤10cm以下CO₂和N₂O的产生影响不大。小时尺度的土壤CO₂和N₂O浓度波动则可能还有其他影响因素或机制。3)降雨时土壤渗水引起的土壤空气对流取代气体浓度扩散成为土壤与大气空气交换的主要方式,导致土壤CO₂和N₂O排放通量的同步波动。降雨渗水较多时,较多的溶解氧随着雨水进入土壤内,会促进土壤CO₂的生成和抑制N₂O的产生。4)土壤CO₂与N₂O浓度存在显著的正相关关系,反映出土壤CO₂和N₂O有相对稳定的产率比。土壤有效碳可能是造成土壤CO₂与N₂O浓度正相关的主要原因,土壤空气的氧分压则可能是造成土壤CO₂和N₂O浓度波动不一致的重要因素。