东亚季风区最近1000 a石笋δ~(18)O空间变化特征及气候意义研究

利用重庆市丰都水鸣洞石笋NSM03精确定年数据和δ~(18)O数据建立的高分辨率石笋记录,结合其他已经发表的亚洲季风区石笋氧同位素记录,探讨洞穴石笋δ~(18)O值过去1 000 a的空间变化特征以及指示的气候环境意义.结果显示:亚洲季风区石笋δ~(18)O值过去1 000 a在空间上呈现出与大气降水δ~(18)O值相似的纬度效应和海陆效应,石笋δ~(18)O值沿水汽输送路径不断衰减,逐渐变轻,表明印度洋是中国季风降水的主要水汽源区;水鸣洞NSM03石笋记录与南亚季风区瓦什卡洞的WBS石笋记录以及中国藏南波密-林芝地区的树轮记录存在明显的相关关系,也进一步地表明中国东部季风区的水汽主要来自印度洋;亚洲季风区石笋δ~(18)O记录在过去1 000 a的变化趋势基本一致,但是中国东部季风区降水变化存在很大的空间差异,这表明季风区石笋δ~(18)O记录不一定都能指示当地降水量的变化;因此,中国季风区石笋δ~(18)O记录主要指示是东亚季风环流的信息,当东亚季风环流强的时候,季风区石笋氧同倍数偏轻;反之亦然.     

福建玉华洞降水、滴水和新生碳酸盐δ~(18)O传递及环境意义

为探究福建玉华洞石笋δ18O的气候环境指示意义,于2011年7月~2013年12月,在将乐县天阶山逐月采集大气降水以及玉华洞3个滴水点和相对应的3个新生碳酸盐沉积物的样品,并进行氢氧同位素测试,分析δ18O在大气降水—洞内滴水—新生沉积物的传递过程及其变化规律.结果表明:3个滴水点的δD和δ18O均分布在当地大气降水线(δD=8.87δ18O+17.59(R2=0.97))附近,表明滴水的δD和δ18O体现了当地大气降水δD和δ18O的平均水平;沉积物δ18O的变化范围小于相对应的滴水δ18O变化范围,更小于洞外大气降水,但3者都呈现出夏秋季偏轻、冬春季偏重的季节性变化趋势;与逐月大气降水量对比发现,沉积物δ18O受月"降雨量效应"影响较少,沉积物δ18O主要受冬夏季降水水汽源地季节性差异的影响.总体而言,玉华洞沉积物δ18O值存在较明显的季节特征,其波动较好的继承了当地大气降水信息,玉华洞石笋δ18O可以用来重建季节性高分辨率的古气候记录.     

新仙女木事件内部百年尺度弱季风事件的龙腑宫洞石笋记录

基于湖北省神农架龙腑宫洞一支石笋(LFG21)7个U/Th年龄和461组氧、碳同位素数据,建立了末次冰消期12.42~10.53 ka B.P.平均分辨率达3 a的亚洲夏季风强度演化序列.LFG21石笋δ~(18)O详细记录了新仙女木事件(YD)期间的季风突变细节,揭示了YD事件内部的不稳定性.在YD事件结构特征和转型模式上,石笋记录与格陵兰冰芯δ~(18)O记录具有良好的一致性,支持北高纬驱动机制以及高低纬之间的气候联系.其中,在~11.71 ka B.P.氧、碳同位素明显正偏,δ~(18)O从-8.6‰快速正偏至-7.9‰,δ~(13)C从-7.4‰快速正偏至-6.0‰,指示YD内部存在百年尺度的弱季风事件,持续时间为~200 a.这些特征与南京葫芦洞石笋δ~(18)O记录H1事件的内部结构和转型特征十分相似,暗示两者很可能受到同一驱动机制的影响.通过高、低纬地质资料的对比研究和波谱分析,本文认为YD内部百年尺度季风突变事件可能与热带大洋水汽输送变化导致的亚洲季风区水文循环异常以及太阳活动密切相关.     

极端天气事件下广州市大气降水δ18O的变化特征研究

根据广州市2004年5月—2005年6月和2007年4月—2008年6月大气降水中δ18O含量及气象数据,分析了广州市大气降水δ18O对极端天气事件的反映.结果表明:研究期间广州市的大气降水δ18O都落在世界降水δ18O的变化范围之内,夏季低冬季高;2004年由于夏季风爆发偏晚且活动位置偏南等因素致使广州降水δ18O与气温正相关;2005年夏季风爆发晚,高纬冷空气偏强,前汛期华南成强降水中心,广州5、6月降水中δ18O偏低;2008年1月华南地区严重的冰灾期间大气降水δ18O波动剧烈,"负温度"效应和降水量效应更加明显;热带气旋使广州市降水δ18O普遍偏低.     

石笋碳同位素在古环境研究中的应用

在同位素平衡条件下洞穴上覆不同植被类型对石笋碳同位素组成影响最大,可以用石笋δ~(13)C记录重建C4/C3植被变化。C4较C3植被在暖干气候条件下更具生长优势,而一些研究中石笋δ~(13)C值偏正记录的C4/C3植被高比值与冷干气候条件相对应,似乎有待商榷。石笋δ~(13)C记录会滞后于δ18O记录,并且这种滞后有可能在记录冷事件方面表现更明显。非平衡分馏条件下的非生物因素会和生物因素叠加在一起影响石笋碳同位素组成变化,故在用石笋δ~(13)C记录解释气候变化之前,一定要先准确地识别出非生物因素。未来石笋碳在古环境中的应用还需借助模型定量化评估影响石笋碳同位素组成因素为突破点。     

东江下游大气降水氢氧同位素特征及水汽来源

大气降水是水循环系统的主要输入源,其氢、氧稳定同位素组成(δD、δ~(18)O)受区域气象、地理等因素变化影响较大,可以对环境变化做出快速、及时的响应,是研究全球和局地水循环特征的重要技术手段。东江流域地处我国珠江三角洲,季风环流通过影响水汽输送场的分布控制降水的时空分配。为研究区域降水成因及机理,本文采集并测定东江流域下游地区2017年逐日降水样品中δD、δ~(18)O,以月为研究时间尺度,分析其与气温、降水量之间的关系;利用HYSPLIT后向轨迹模式追踪降水气团的传输路径,进一步探讨区域降水的水汽来源及输送状况。结果表明,研究期间降水样品中δD的变化范围为-105.10‰～+9.98‰,雨量加权平均值为-57.88‰;δ~(18)O的变化范围为-14.80‰～-0.55‰,雨量加权平均值为-8.61‰,局地大气降水线为δD=8.60δ~(18)O+16.15(R~2=0.99)。月尺度下δ~(18)O最高值出现在1月份,为-3.47‰,最低值出现在8月份,为-10.17‰。δ~(18)O与气温、降水量均呈显著负相关关系,表现"反温度效应"和"降水量效应"。太平洋水汽带来的降水δ~(18)O、δD偏高,印度洋水汽带来的降水δ~(18)O、δD偏低,而南海降水气团中δ~(18)O、δD则随季节的不同而改变,表现为夏、秋两季明显较春季贫化,存在明显"降水同位素环流效应"。     

中国中世纪暖期温度的时空变化特征

采用全球海气耦合模式ECHO-G的1000个模式年的长积分气候模拟方法分析了中国中世纪暖期温度的存在性与时空变化特征.结果表明：中国的中世纪暖期出现在公元1000—1250年间,但它不是一个持续稳定的暖期,而是存在峰谷起伏变化,其中最暖的30年（中世纪暖期鼎盛期）出现在1131—1160年.中世纪暖期中国的年平均和冬、夏季平均温度距平变幅西部最大,东部最小.其鼎盛期中国的温度距平相对于千年温度都是正值,中国东部的增温幅度由南向北逐渐加大,变幅为0.4℃—0.8℃,而中国西部的增温呈Ω型分布,且随着海拔高度的增加,增温幅度逐渐加大,最大增温达2.0℃—2.2℃.     

石笋Mg/Ca比值记录的三峡库区小冰期气候变化

利用采自三峡库区水鸣洞石笋（NSM03）的测年数据、微量元素Mg/Ca比值为气候环境指标,并结合石笋δ18O记录分析三峡库区小冰期时期的气候变化。研究结果显示Mg/Ca值,在AD1280开始迅速减小,并持续至AD1300,石笋δ18O记录也显示在AD1280-1300期间明显快速偏重,表明季风迅速减弱,降水持续减少,库区进入小冰期。石笋微量元素比值记录表明,在小冰期时期内部存在明显的降水波动情况,尤其是在AD1400-1650期间,微量元素比值出现大幅度的震荡,表明季风降水在这一时期处于频繁波动期。     

洞穴石笋氧同位素古气候重建应用

近年来,应用洞穴次生碳酸盐稳定氧、碳同位素进行古气候研究得到了迅速的发展,尤其是利用石笋中1δ8O与δ13C重建不同地区不同时间尺度下的古气候环境,为全球气候的变化提供了许多新的有意义的认识.然而,当前在利用石笋氧同位素进行古气候重建,特别是对1δ8O的解译过程中仍存在诸多不确定性,尤其是δ18O与温度、降水的联系不统一问题.该文从洞穴石笋δ18O与温度、降水的相关关系以及不同时间尺度下所指示的气候意义等角度对当前洞穴石笋气候学中氧同位素的应用进行了总结分析.     

天山东部哈尔里克山庙儿沟冰芯1953年以来的δ~(18)O记录

2005年8月在天山东部哈尔里克山庙儿沟平顶冰川顶部钻取了两只透底冰芯,其中一支冰芯定年结果为16.83 m,深度对应1953年.着重探讨了沉积过程和沉积后过程对该冰芯氧同位素比率(δ~(18)O)记录的可能影响及该冰芯1953年以来δ~(18)O记录的气候指示意义.降水季节分布的不均匀性、夏季高温引起的融化—渗浸—再冻结作用,以及冬季雪层中的水汽运移和积雪表面的升华可能在一定程度上影响了冰芯δ~(18)O记录,但考察时观测表明当年降雪仍约有50 cm剩余,且δ~(18)O与Ca~(2+)的季节波动保存较好,表明沉积过程和沉积后过程对于δ~(18)O的影响范围局限于年层内.1953-2004年庙儿沟冰芯δ~(18)O记录呈线性下降趋势,与同处哈尔里克山南坡的哈密气象站夏季温度的长期变化趋势一致,二者存在明显的正相关关系,庙儿沟冰芯δ~(18)O记录可作为该区域过去夏季温度变化的代用指标.     

小冰期内部1510-1710AD时段石笋δ^18O变化趋势及驱动机制探讨

该文利用重庆丰都水鸣洞石笋NSM03高精度230Th年代数据和δ^18O值建立了三峡库区小冰期内部1510-1710AD这一时段的石笋氧同位素时间变化序列,研究结果显示在这两百年间,NSM03石笋δ^18O曲线呈高频变化,δ^18O值在1510-1670AD年相对偏负,之后δ^18O持续偏重,在1610年左右达到最大值,对应于前人研究的＂明末弱季风＂这一事件,而在1638AD之后又持续偏轻,显示了东亚季风由偏强到弱,再持续强盛的变化趋势。通过对NSM03石笋δ^18O的功率谱分析,发现石笋δ^18O记录在此期间存在25 a、5 a和3 a周期,表明这一时期重庆地区气候变化主要受控于太阳活动变化,同时受到ENSO事件的影响。     

全新世大暖期气候环境特征及其机制的再认识

综合论述了全新世大暖期环境的主要特征：降水量增加,气温上升,植被带北移西迁;肯定了大暖期中存在的低温干旱事件,大暖期也不是持续稳定的温暖湿润期．根据太阳“C丰度与中国西部祁连山敦德冰芯δ^18O、德国南部Ammersee深海平原δ^18O的对比,显示全新世气候的变化可能同太阳活动有密切关系;用REDFIT35对大气剩余^14C与EIK湖泊沉积记录作频率对比分析显示,试图证明在9～3ka B．P．期间气候变化存在千年尺度周期波动的可能性．     

阿拉善地区降水同位素特征与水汽来源

基于2013—2015年阿拉善高原阿右旗的降水氢氧稳定同位素组成数据,分析阿拉善高原降水δD和δ~(18)O的特征与变化规律,揭示当地的水汽来源与迁移路径。结果表明:(a)阿拉善高原降水δD和δ~(18)O的变化呈现明显的季节特征,即夏季偏高,冬季偏低。(b)主要气象参数(降水量、气温、大气湿度和风速)中,气温是控制阿拉善高原降水δD和δ~(18)O的主导因素;通过与周边区域的比较,阿拉善高原当地大气降水线的斜率和截距较低,这是由阿拉善高原降水受到非平衡蒸发作用强烈所致;(c)HYSPLIT气团轨迹模型模拟和降水同位素分析揭示了阿拉善高原阿右旗降水主要来自西风和极低气团。     

贵州双河洞海洋同位素阶段11期石笋碳氧同位素记录及古环境意义

采用铀系定年法对双河洞石笋SW01进行年代测定及碳、氧同位素分析,以探讨石笋形成时的古环境信息。结果表明,石笋顶部沉积年代在海洋同位素阶段11期,山王洞形成年代在远早于海洋同位素阶段11期(MIS11)阶段。石笋δ~(18)O值为-8.85‰～-8.39‰,变化趋势与三宝洞同时期石笋SB-14相一致,但值略重。δ~(13)C阈值为-3.89‰～-2.55‰,意味着地表植被以C4植物为主,气候较干旱。结合MIS11阶段的气候特点,推断山王洞区域在MIS11阶段后期气候温暖且相对干燥,降雨量逐渐减少,大气降水量存在旋回性。     

植被截留对降水同位素分布的试验研究

植被截留对于探究小流域降雨空间变化原因以及深入理解产流机制具有重要的意义.本文通过对长江中下游小流域梅雨降水事件的林外降水和贯穿降水水样的稳定同位素(δ~(18)O和δ~2H)进行分析,探究贯穿降水同位素时空变化原因.通过拟合林外降水的δ~(18)O和δ~2H得到和睦桥流域梅雨事件大气降水线,其斜率和截距接近全球大气水线,但与中国东部季风区的大气水线存在明显的差别,主要是受采样方法、下垫面条件、气候环境和降水类型的综合作用.降水事件中的贯穿降水比林外降水的氘盈余平均值高,这可能与植被的截留以及强烈的蒸发有关.林外降水和贯穿降水的稳定同位素在时间尺度上的变化存在着明显的不同,总的来说贯穿降水相对更加贫化,这可能由蒸发分馏和雨强共同影响.贯穿降水的同位素展示明显的空间变化,主要由植物截留以及流域地形共同影响.     

洞穴石笋的δ13C记录研究

分别采集贵州荔波董哥洞、荔浦丰鱼岩、桂林响水洞的石笋,研究三个洞穴分辨率达1000年、100年、10年级的石笋1δ3C记录。结果表明,石笋1δ3C值可以系统地记录地表岩溶作用过程与植被生态变化的历史。在冰期或干旱寒冷期,岩溶不发育,成壤条件差而缓慢,不利于植被生长,1δ3C值偏重,以C4植物(禾本科植物)为主。在温暖湿润期,岩溶发育好,成壤条件好而且速度快,利于植被生长,1δ3C值偏负或偏轻,以C3(木本植物)植物为主。晚全新世以来,人类活动持续不断地破坏森林植被,草类植被得以生长,石笋的1δ3C值急速上升、偏重,以C4植物为主,石漠化增强,水土流失严重。此后,升高的1δ3C值很难再回复到中全新世以前的水平。自然因素和人类活动因素等对生态环境的影响,均会导致植被变化,成倍放大1δ3C值,特别是人类活动对自然生态的影响更为严重。     

末次盛冰期南京降水记录中ENSO的演化

基于南京葫芦洞一支石笋TIMS-U系测年和纹层计数的交叉定年。获得丁末次盛冰期在24170～21222aBP时段石笋年纹层厚度的时间序列,主要反映了夏季风降水变率．小波分析揭示末次盛冰期连续3ka夏季风降水记录中厄尔尼诺一南方涛动（ENSO）周期和强度随时间的演化特征,该记录表明ENSO在末次盛冰期并非一直存在,有着高发期和平缓期。其爆发的频率和强度逐渐减弱。支持ENSO演化的“冰期阻尼效应”假说．     

更新世以来,石笋、冰芯记录的气候变化及驱动机制研究

格陵兰冰芯和北大西洋沉积揭示了25 ka至今存在着一系列的冷暖突变由于这些气候突变事件变化速度快,温度振幅大引起了全球古气候学家的关注。本文对格陵兰冰芯近25 ka以来δ18O的变化曲线与石笋记录进行了对比,对比结果显示,石笋记录和冰芯记录中都揭示了东亚夏季风降水史中的Heinrich事件和YD事件,两者有着很好的对比关系,但也不排除两者存在着一定的差别,主要原因可能由于石笋的生长环境与冰芯的形成背景有着一定的差异性,导致两折限时的记录也存在一定的差异,特别是在时间上,存在了2000多年的事件差距。     

基于中国南方石笋记录的古气候周期探讨

 通过对葫芦洞、三宝洞和董哥洞末次盛冰期（~30 000 aBP）以来的石笋氧同位素数据序列进行连续小波变换。其结果显示在中国南方区域冰期的气候波动较全新世剧烈,盛冰期的气候波动较冰消期剧烈。在全新世阶段,董哥洞和三宝洞石笋氧同位素的周期均具有显著的三阶段特征。但在千百年尺度上,两地气候周期的长度和强度并不尽相同,董哥洞石笋氧同位素的周期信号相对较弱。其原因是董哥洞区域受西南季风和东亚季风的共同影响,二者之间的反相位关系削弱和改变了气候变化的千年周期。这一特征反映了不同季风区域、不同周期的气候变化主导因素可能有所差异。分析结果同时显示,在~3 000 aBP,东亚区域气候模式可能发生了重大转折。     

应用氢氧稳定同位素区分我国几个高岭土矿床的成因类型

一、引言 高岭石类矿物(高岭石Al_4[Si_4O_(10)](OH)_3,埃洛石Al_4[Si_4O_(10)](OH)_8nH_2O等)主要是硅铝质岩石或矿物(以下简称原岩)的水化产物。由于地表或近地表环境中水岩比通常很大,因此在一定温度下形成的高岭石类矿物,其氢氧同位素组成往往取决于共存水(主要是大气降水)的同位素组成,而与原岩几乎无关。根据Craig(1961.b)大气降水线公式δD=8δ~(18)0+10以及高岭石与水之间的分馏系数(α)可以导出高岭石的δD和δ~(18)O值之