大洋碳循环与气候演变的热带驱动

20世纪气候演变研究的最大突破,在于地球轨道变化驱动冰期旋回的米兰柯维奇理论。然而近年来学术界对热带过程和大气CO2浓度变化的研究进展,暴露了传统的轨道驱动理论存在着对低纬区和碳循环在全球气候系统中作用估计不足的严重缺陷。国家重点基础研究发展计划项目"大洋碳循环与气候演变的热带驱动"拟以南海与西太平洋暖池的深海记录为依据,进行全球性对比和跨越地球圈层的探索,通过观测分析结果与数值模拟的结合、地质记录与现代过程的结合,检验和论证大洋碳储库长周期变化机制的假说,对于不同时间尺度上低纬过程如何通过碳循环在全球气候环境演变中的作用,实现理论上的突破。同时简要介绍了该项目的目的、科学意义、关键科学问题及预期目标等。     

灰岩碳氧同位素特征与隐伏花岗岩的关系——以栗木水溪庙矿区为例

对栗木水溪庙矿区泥盆系上统融县组灰岩的碳氧同位素进行了研究,该地区灰岩的碳氧同位素组成可提供隐伏花岗岩隆起及其相关流体的重要信息。受隐伏花岗岩侵入驱动的流体与上覆融县组灰岩发生反应的温度在110℃左右,流体的初始同位素组成为δ18OSMOW=-3‰,δ13CPDB≤-7‰,反应的水岩比值（w/r）可能小于5。这种岩浆水与大气降水的混合流体与围岩之间的水岩反应使得地表灰岩的δ18O和δ13C值降低,产生负异常。研究表明,围岩的δ18O值降低受反应的水岩比值和温度控制;δ13C值降低主要与反应的水岩比值有关。反应的温度越高,w/r值越大,灰岩的碳氧同位素负异常越明显。因此,水溪庙矿区地表出露的碳酸盐地层中的碳氧同位素变化可在地球化学勘查中用于指示下伏花岗岩岩脊的隐伏位置。     

鲁中碳酸岩中磷灰石同位素地球化学研究

鲁中地区分布着100多个碳酸岩体，微量元素含量及稀土配分等均与世界典型碳酸岩相近。而碳酸岩的碳氧及斑晶磷灰石的锶、钛同位素组成与典型地幔物质有差异，与富集地幔颇为近似，从而证实在山东地区陆壳下存在富集地幔源区。     

冲绳海槽千年来陆源物质输入历史与东亚季风变迁

为解决近1000年以来东海沿岸地区气候演化及其对南冲绳海槽陆源物质输入的影响, 对取自南冲绳海槽的MD05-2908孔上部(0~810cm) 共78份孢粉样品和199份有机碳同位素样品进行了分析.结果显示, 近1000年以来南冲绳海槽陆源物质输入存在着显著波动, 其中1100~1040aBP、960~880aBP和800~480aBP期间, 陆源物质输入比例增加; 1040~960aBP和480~230aBP期间, 陆源物质输入比例减少.将陆源物质输入指标与陕西佛爷洞δ13C含量记录对比分析, 发现陆源物质输入比例变化与季风的变化密切相关.当夏季风减弱时, 导致降雨带长时间集中在南部地区, 增强的降雨量提高了风化剥蚀以及沉积物向海洋搬运的能力, 使得陆源物质供应量增加.      

土壤有机碳同位素样品制备过程的影响因素讨论

土壤有机碳同位素地球化学在气候和植被恢复方面的研究已得到广泛应用,但目前对不同类型、不同时代的土壤总有机碳同位素样品制备过程的系统研究较少.本文选取黄土高原不同地区、不同类型的现代土壤和古土壤,对其有机碳同位素样品制备过程进行了较系统的研究.( 1)去除土壤中无机碳酸盐对有机碳同位素组成的干扰:对于现代土壤样品,在室温条件下,用 0.5～ 6 mol/L HCl反应 1 d去除碳酸盐,均可获得理想数据;在 70 ℃反应条件下,用 0.5～ 2 mol/L HCl反应 2 h去除碳酸盐可获得理想数据,但用 6 mol/L HCl,δ 13C值偏负 0.65‰;( 2)在 850 ℃氧化温度条件下,样品制备加铜丝,对现代土壤及古土壤样品的δ 13C值均没有影响,结果表明在用封管法进行现代土壤及古土壤的有机碳同位素样品制备时,可以不加铜丝;( 3)对于有机碳含量较高的有机碳标准物质、植物和现代土壤样品,在 850 ℃氧化条件下,恒温 2.5 h,足以保证样品有机质氧化完全,不会产生同位素分馏;对于深层黄土和红粘土样品,由于样品体系复杂,在上述氧化条件下难以获得理想数据,合适的氧化条件有待进一步深入研究.     

IODP 311航次底栖有孔虫碳稳定同位素对天然气水合物地质系统的指示

为了探索海洋天然气水合物背景下有孔虫特征的响应,对综合大洋钻探计划(IODP) 311航次岩芯沉积物中底栖有孔虫Uvigerina peregrina和Bulimina mexicana进行了初步研究。通过对冷泉站位U1328和毗邻的非冷泉站位U1327沉积物中底栖有孔虫Uvigerina peregrina和Bulimina mexicana的显微形貌特征和碳、氧稳定同位素测试等,证实有孔虫壳体未受到后期成岩作用的改造和自生碳酸盐岩的交代影响,有孔虫壳体的碳稳定同位素呈现明显的负偏。其中U1327站位中U.peregrina δ¹³C为-0.67‰～-2.75‰（PDB）,B.mexicana δ¹³C为-0.51‰～-1.52‰（PDB）;U1328站位中U.peregrina δ¹³C为 -0.72‰～-2.71‰（PDB）,B.mexicanaδ¹³C为 -0.58‰～-1.45‰（PDB）。底栖有孔虫壳体的碳稳定同位素负偏成因可能与水合物不稳定分解释放的甲烷厌氧氧化作用和食物源有关,因而可较好地指示海底天然气水合物系统地质背景。     

内蒙古自治区土壤有机碳库储量及分布特征

根据内蒙古自治区土壤资料中共461个土壤剖面数据估算表层及全剖面的土壤有机碳密度(SOCD)和储量(SOCR),绘制其SOCD的空间分布图,并对其影响因素进行了探讨。结果表明:内蒙古地区的表层SOCD为0.63～15.93 kg.m-2,平均为3.68 kg.m-2;全剖面SOCD为0.22～68.77 kg.m-2,平均为10.35 kg.m-2,不同土壤类型之间有一定差异。内蒙古表层SOCR为4.10 Pg,而全剖面储量为10.79 Pg。土壤有机碳含量及分布受气候、土壤性质和人为活动的影响明显。最后,根据年均温与土壤有机碳密度的相关关系,估算得出当气温升高1℃,内蒙古地区土壤有机碳的释放量为0.91 Pg。     

酸雨对桂林枯水期岩溶地下水δ13CDIC及碳汇效应的影响

定量评价硫酸对岩溶碳汇效应的影响有助于提高岩石风化碳汇通量估算精度, 对当前全球气候变化研究意义重大.选取受酸雨影响的桂林岩溶区为研究对象, 在枯水期对研究区14个岩溶大泉和15条地下河水化学成分和碳同位素进行了测试分析, 结果表明: 岩溶大泉和地下河中阳离子以Mg2+和Ca2+为主, 阴离子以HCO₃-为主, 分别占阳离子和阴离子组成的90%以上, SO₄2-含量较低, 其含量范围为0.004~0.213mmol/L; 所占阴离子组成比例为0.12%~6.11%;δ13C_DIC、[Ca2++Mg2+]/[HCO₃-]更偏向于碳酸溶解端元, 离硫酸溶解端元距离远, 证实硫酸参与碳酸盐岩的溶解对地下水无机碳(dissolved inorganic carbon, 简称DIC)及δ13C_DIC的影响有限; 与Sr2+/Ca2+值一样, δ13C_DIC主要受径流条件控制, 其大小可以反映地下水径流条件的强弱.利用化学计量关系计算出由硫酸溶蚀碳酸盐岩的平均比例为22.64%, 产生的DIC(HCO₃-_H2SO4)占总DIC的平均比例为13.04%, 碳酸产生的DIC(HCO₃-_H2CO3)占地下水总DIC的比例为86.96%, 其中来源于土壤大气中的HCO₃-比例为43.48%.因此, 扣除硫酸对地下水中DIC的贡献后, 岩溶碳汇效应将减少13.04%.      

日本大沼湖沉积物碳氮比值、有机碳同位素特征及其近400年的古气候环境意义

通过对日本大沼湖沉积物样品总有机碳含量(TOC)及其稳定同位素、总氮含量(TN)和C/N值的测定,结合沉积岩芯火山灰和1℃年代,分析了大沼湖沉积物中有机质的来源,探讨了沉积物有机碳同位素的主要影响因素.结果表明:大沼湖沉积物中有机质主要来源于自生藻类,受陆源输入的影响较小;沉积物δ13C值指示了夏季温度的变化.过去400年来,大沼湖地区存在1660～ 1730年和1780～ 1860年两个明显的冷期,与邻近地区冰芯、树轮和湖泊沉积物记录的冷期基本一致,分别对应于Maunder和Dalton太阳黑子极小期.     

塔里木盆地柯坪地区上寒武统表生溶蚀型藻格架白云岩的地球化学特征及意义*

采用野外观察、室内薄片鉴定及多项地球化学分析技术方法,对塔里木盆地柯坪地区上寒武统表生溶蚀型藻格架白云岩的特征及成因进行了研究。宏观上,藻格架白云岩呈丘状、透镜状夹于潮坪相白云岩层间,由于差异性溶蚀,发育了大量表生溶蚀孔。微观上,藻格架由富藻的泥粉晶白云石组成,而架间孔由浅色的亮晶白云石充填。藻格架泥粉晶白云石呈他形—半自形,镶嵌结构,具有暗红色—橙红色的阴极发光,较高的Na、K含量,较低的Fe含量;δ¹³C为-0.572‰～0.124‰、平均值-0.116‰,δ¹⁸O为-5.391‰～-4.983‰、平均值-5.240‰,表明其形成于准同生阶段盐度较高的相对氧化环境中。架间充填的亮晶白云石胶结物,呈半自形—自形中细晶,具有昏暗的阴极发光或者不发光,较低的Na、K含量,较高的Fe含量,δ¹³C值为-0.662‰～-0.251‰、平均值为-0.460‰;δ¹⁸O值为-6.639‰～-5.939‰、平均值-6.267‰,表明其形成于相对还原的埋藏环境。稀土元素分析结果表明,二者均具有LREE轻微富集、HREE亏损、Eu负异常特征,与海相泥晶灰岩稀土元素配分模式相似,揭示了其白云化流体均来自于原始的海水。在溶蚀作用方面,亮晶白云石胶结物相对泥粉晶白云石藻格架更易于溶蚀。前者在大气水表生溶蚀过程中,主量元素Ca、Mg丢失显著,Mg/Ca值由0.955降至0.007,微量元素Na、K丢失相对明显,Na/Ca值由原来的3.8×10^-4降为1.9×10^-4,K/Ca值由1.1×10^-3降至检测限以下,而不改变稀土元素的配分模式。这些特征表明,表生溶蚀过程在元素特征上是一个去白云化的盐度降低过程,而这一过程中基本无稀土元素的带入带出。