陇西黄土高原东南部地区末次冰期以来C3/C4植物相对丰度变化及其区域性剖面的对比研究

相对黄土高原东部地区而言,处于六盘山以西的陇西黄土高原,其末次冰期以来陆地生态系统中C3/C4植物相对丰度变化的研究,不仅已开展研究工作的剖面数量相对较少,所得到的结果也不如黄土高原东部地区那样一致.本文对陇西黄土高原东南部边缘区的张家川剖面末次冰期以来的黄土/古土壤地层进行总有机质碳同位素的分析测试,得到的结果表明该剖面全新世古土壤的总有机质碳同位素相对末次冰期马兰黄土更为偏正,这一结果与黄土高原东部地区数个剖面的研究结果是一致的,表明该区域末次冰期向全新世转化过程中,C4植物相对丰度有一定程度的上升.进一步将张家川剖面的研究结果与陇西黄土高原其他几个研究剖面进行了对比,发现陇西黄土高原末次冰期以来陆地生态系统中C3/C4植物相对丰度变化情况要比黄土高原东部地区更加复杂,很可能在该区域内部还存在一些地区之间的差异,该区域东部和南部地区全新世相对于末次冰期C4植物相对丰度有一定程度的增加,而该区域西北部地区则很可能末次冰期至全新世都以C3植物占绝对优势.由于大量现代C3植物的研究结果表明,其碳同位素组成的变化主要响应于降水量的变化,因此,来源于C3植物为绝对优势植被的黄土有机质碳同位素很可能是一个潜在的古降水量的指示器,陇西黄土高原黄土/古土壤序列的有机碳同位素研究还值得进一步加强.     

黄土高原西部地区黄土地层有机质主要来源分析

黄土有机质的主要来源是决定其稳定碳同位素(δ 13 Corg.)能否应用于重建过去C3/C4相对丰度变化及相应的古气候变化的关键基础科学问题。如若黄土地层当中的有机质主要由粉尘携带而来, 而非当地植被, 显然其δ 13 Corg. 不是一个局地植被过去C3/C4相对丰度变化及古气候变化的良好指示器。本文对黄土高原西部地区(六盘山以西)新获得和已发表的相关数据进行综合分析, 尝试对该地区黄土有机质的主要来源进行定量的分析。结果表明, 总体而言, 该地区黄土地层有机质主要来源于当地植被, 由粉尘携带而来的有机质贡献量不超过8 %, 所造成的有机碳同位素变化幅度不超过1.7 ‰ 。这些结果说明该地区的黄土地层有机质δ 13 Corg. 是可以用来重建过去C3/C4植物相对丰度及相应的古气候变化的。为了更精确的重建, 后续的工作应当更多考虑粉尘搬运过程当中的有机质输入以及粉尘沉积之后的微生物活动的可能潜在影响。     

全新世温度研究回顾及对历史人地关系的启示

最新一些研究结果强调了全新世期间的长期增温趋势,综合全球平均海平面、大陆冰盖面积、大气温室气体和太阳辐射证据来看,这比传统观点所认为的全新世期间的长期降温趋势,更具有合理性。回顾历史,结合最新的一些研究进展,发现支持“中全新世大暖期”和“晚全新世降温趋势”的证据存在明显的不确定性,最核心的问题为晚全新世加强的人类活动对代用指标或者证据的强烈扰动,使得其不能准确地反映真实的气候变化过程。鉴于目前全新世温度历史争论的核心关键在于晚全新世,因此有必要加强晚全新世温度变化研究。在人类活动影响较小的地区,或者利用对人类活动不敏感的代用指标开展研究,有望可以获得更可靠的晚全新世温度历史重建结果,为准确认识中华数千年文明的长期温度变化背景,进而理解期间的“人地关系”演化历史,并最终客观认识现今面临的以全球变暖为主要特征的气候环境问题,提供一定的科学基础。     

稳定碳同位素在湘中千佛洞上覆土壤-滴水-现代沉积物的迁移特征研究

通过对2021年1月~2022年10月期间,湘中千佛洞洞外大气-上覆土壤气-洞穴空气二氧化碳含量（pCO₂）及其碳同位素（δ¹³C_CO2）、8个洞穴水体（4个滴水、3个地下河水、1个池水）溶解无机碳同位素（δ¹³C_DIC）以及洞穴现代沉积物碳同位素（δ¹³C）的连续监测,初步获得了监测时段内千佛洞岩溶系统中δ¹³C在垂直方向上运移的变化特征,并得到以下3点主要认识：1）千佛洞上覆土壤气、洞穴空气pCO₂及δ¹³C_CO2表现出相似的季节变化特征,夏季pCO₂偏高,δ¹³C_CO2偏轻,冬季则相反。降水量和温度是土壤pCO₂及δ¹³C_CO2变化的主要影响因素;2）千佛洞洞穴水体δ¹³C_DIC值呈现显著的季节变化规律,夏季偏轻,冬季偏重,表明土壤pCO₂及δ¹³C_CO2对其影响较大,说明该洞洞穴水体δ¹³C_DIC可以较好地响应外界环境变化。此外,4个滴水点δ¹³C_DIC值在变幅和绝对值之间存在一定差异,这可能是受到不同滴水点的运移路径和滴水速率等因素的影响;3）千佛洞现代沉积物δ¹³C也表现出明显的季节变化特征,说明该洞现代沉积物δ¹³C可以较好地继承滴水中的δ¹³C_DIC信号。千佛洞的初步观测结果为利用该洞穴或者临近区域洞穴沉积物开展古气候重建提供了借鉴和参照。

     

北疆阿尔泰哈拉沙子高山泥炭岩芯孢粉记录是否指示全新世温度变化历史？

内陆干旱地区的温度变化,可以通过对山地冰雪物质消融和盆地内蒸散发施加影响,进而影响该区域的水文过程和水资源供应,因此具有重要的研究价值。最近报道的来自北疆阿尔泰哈拉沙子（Sahara Sand Peatland,简称SSP）高山泥炭岩芯基于孢粉的taiga biome score（TBS）指标,被认为是全新世温度变化的指示器;其在约4000年以来的下降趋势,被认为指示了晚全新世期间的降温趋势,进而被用于质疑SSP之前报道的基于泥炭岩芯α-纤维素δ13C/δ18O记录得到的晚全新世增温趋势。然而对相关论著的仔细研读,发现将SSP的TBS指标解读为全新世温度变化指示器,并无可靠的支撑证据,且存在诸多值得商榷的地方。本文对这些值得商榷的问题进行简要的介绍,一方面可以为学术界同行深入理解内陆干旱地区全新世古气候历史提供更多的参考证据;另一方面,也希望在古气候相关研究工作中,能加强对"过程、机制"等的理解,而不仅仅是更多记录的发表。     

我国全新世泥炭α纤维素稳定碳同位素记录的对比与分析

泥炭是古气候研究的宝贵材料,α纤维素稳定碳同位素（δ¹³C_cell）是泥炭古气候研究的常用代用指标。我国已有数个地点报道了全新世泥炭全样或单种植物δ¹³C_cell记录,对这些记录的古气候解译存在明显冲突。结合相应的孢粉和植物残体证据,对这些记录进行综合对比,结果发现：高山草地植被带和内陆干旱区荒漠草原植被带当中的泥炭地,全新世期间的原地植物种属构成相对稳定且未发生显著变化,因此其δ¹³C_cell记录具有较为明显的长期变化趋势,其古气候解译也更为可靠;森林植被带和林草交互带当中的泥炭地,全新世期间的原地植物种属构成发生过显著变化（如木本植物入侵）,这可能是造成其全新世δ¹³C_cell记录长期趋势不明显或其古气候指示意义复杂难解的主要原因。这些结果显示了泥炭地的原地植物种属构成,对相应δ¹³C_cell记录的古气候解译的重要影响。同时也表明,无论是泥炭δ¹³C_cell研究地点的选择,还是泥炭δ¹³C_cell记录的古气候解译,都需重视其来源植物种属构成和变化。对于全新世泥炭δ¹³C_cell古气候研究,建议开展针对性的现代过程研究,尤其是优势泥炭植物种属的δ¹³C_cell在时间序列上的现代过程研究,以提供可靠的古气候解译基础。

     

九州台古土壤S1记录的末次间冰期东亚夏季风变化

对沉积速率较高的黄土高原西部地区九州台剖面S1古土壤的夏季风代用指标———磁化率、碳酸钙含量、色度进行了测量。综合分析结果表明,MIS5e开始前,夏季风有一次衰退事件,末次盛间冰期早期夏季风强于晚期,而中期夏季风强度相对较弱,然而这种变化是较为和缓的,并没有表现出类似GRIP冰心氧同位素的大幅度、快速变化,表明MIS5e期间东亚夏季风是相对稳定的。来自海洋的研究表明,西太平洋洋面温度(SST)和洋面高度在MIS5e早期和晚期相对较高,中期相对较低,证实了西太平洋环境变化和东亚夏季风强度之间存在成因上的联系。与先前有关全新世东亚夏季风研究结果的对比表明,MIS5e和全新世东亚夏季风演化具有一定的相似性,可能反映了低纬海洋和高纬大陆之间能量和物质交换对太阳辐射响应的某种内在机制。     

湖泊水位记录支持中国北方全新世中期降水达到最高值

东亚夏季风北边界的湖泊水位记录所指示的区域全新世夏季风演化历史备受争议.文章以中国北方一个封闭湖泊过去15000年来甘油二烷基甘油四醚(GDGTs)的记录来探讨此问题.湖泊表层和岩芯沉积物数据结果显示,GDGT-0和brGDGTs均来源于湖泊内部自生.从湖岸到湖中心,表层沉积物中GDGT-0和brGDGTs含量随着水深...     

华北草地生态群落下表土中长链正构烷烃单体氢同位素组成

为了查明单一生态系统下表土中高等植物来源长链正构烷烃单体氢同位素（δ^13Cn-alkanes）的变化特征,从华北张家口市万全县大麻坪玄武岩风化壳随机采集了12个表层土壤样品,用来分析其长链正构烷烃分子组成特征及其单体碳（δ^13Cn-alkanes）、氢同位素,同时分析了其总有机质碳同位素（TOC,δ^13Cn）变化.结果表明δ^13Cn和来源于陆生高等植物的4个代表性的占优势地位的长链正构烷烃（n-C27,n-C29,n-C31,n-C33）的13Cn-alkanes在这12个样品中都非常稳定,仅有很小的变化幅度,这两类碳同位素数据均表明其上覆植被的光合作用类型构成非常均一,可以视为由纯C3草本植物构成.相应的这4个主要长链正构烷烃的Dn-alkanes变化幅度比较大,整体而言,相对丰度越高的同族体分子,其Dn-alkanes更为偏负,且其变化幅度更小.然而,这4个主要长链正构烷烃加权平均Dn-alkanes值约30‰的变化幅度小于先前研究当中报道的同一地点不同现代陆生C3草本植物之间长链正构烷烃Dn-alkanes值的变化幅度,甚至小于同一植物种长链正构烷烃Dn-alkanes值的季节变化幅度.由于表土和沉积物中长链正构烷烃来源上的相似性,即它们都来源于多种植物的混合,因此,我们的结果对于沉积物,尤其是其有机质为原地植物来源的陆相沉积物的长链正构烷烃单体氢同位素组成的古气候、古环境、古水文信息的精确解译,具有一定的参考价值.     

西峰红粘土/黄土剖面有机碳同位素研究的初步结果

目前,全球各主要大陆区域都利用各种地质材料和代用指标开展了晚中新世以来陆地植被当中 C３/C４植物相对丰度变化研究[1~13],其中来自青藏高原南部巴基斯坦 Siwalik地层的研究结果最为引人注目,来自成壤碳酸盐[2]、动物化石[3~5]、土壤有机质[6]、陆生高等植物来源正构烷烃碳同位素[7]的研究结果均表明该区域 7~5Ｍａ期间存在一个由 C3植物占据优势地位到由 C4植物占优势地位的明显生态转型。