黄土高原中部晚第四纪以来植被演化的元素碳碳同位素记录

黄土高原地质历史时期原生植被类型, C₃/C₄植物的时空演化规律等, 一直是黄土研究中争论较多的问题, 而黄土剖面元素碳碳同位素(δ¹³Cec)记录可能为植被演替变化提供新的依据. 元素碳(EC)是植被不完全燃烧的产物, 其碳同位素较先体植被变化很小, 从而可利用δ¹³Cec记录反演植被变化. 采用化学氧化法提取黄土高原中部灵台剖面黄土-古土壤序列中的EC物质, 并进行δ¹³Cec分析. 结果表明, 该地区为C₃, C₄植物混合植被类型, 大多数时段以C₃植物为主. 晚第四纪以来, 黄土高原C₃, C₄植物变化可能并不遵循简单的冰期-间冰期旋回变化模式, 而是呈现波动变化: L4时期C₃植物逐渐增多, S3时期C₃植物较多; L3~L2时期C₄植物增多; S1~S0时期C3植物再次增多. 在古土壤发育时期中, S3, S1时期C₃植物较多, S2和S0时期C4植物相对较多. 在黄土堆积时期中, L4和L1时期C₃植物较多, L3和L2时期C₄植物相对较多. 在冰期-间冰期旋回尺度上, δ¹³Cec揭示的植被变化与孢粉资料得到的结果较为一致; 与有机碳碳同位素(δ¹³Corg)所揭示的植被变化仅在末次冰期以来的时期较为一致.     

青藏高原冰蚀湖沉积物正构烷烃记录的气候和环境变化信息: 以希门错为例

利用气相色谱-质谱联用仪从青藏高原东部典型冰蚀湖湖泊沉积物中检测出正构烷烃系列分子化石, 将其与湖区表层土壤及牛粪中正构烷烃的分布特征进行对比, 认为冰蚀湖湖泊沉积物中C₂₇~C₃₃ 正构烷烃主要来自流域内土壤生态系统中的高等植物, 且食草动物对高等植物的摄食消化过程并未显著改变C₂₇~C₃₃ 正构烷烃的分布特征. 在0~44 cm 的湖泊沉积物岩芯中,陆生高等植被来源的正构烷烃相对含量从底部到顶部总体上呈现下降趋势, 由此推测, 湖区高等植被在0~44 cm 沉积时段内有逐渐退化的趋势. 根据²¹⁰Pb 定年并结合已有的AMS ¹⁴C 年代,认为该沉积岩芯记录了希门错湖区过去近900 a 以来的气候和环境变化历史, 其正构烷烃指标(ACL_27~33, P_aq 以及P_wax)与区域温度记录具有一定的对应关系, 特别是记录了相对寒冷的小冰期气候事件(LIA). 说明冰蚀湖湖泊沉积物中正构烷烃即使分布模式不变, 其代用指标依然精细地记录了古气候、古环境变化信息.     

南海西部陆源沉积粒度组成的控制动力及其反映的东亚季风演化

通过对南海西部越南岸外MD05-2901孔的有孔虫氧同位素测定, 建立了450 ka以来高分辨率的年代地层. 结合沉积物的密度、孔隙率和陆源碎屑含量, 计算了陆源碎屑的堆积速率, 结果显示在间冰期时堆积速率的平均值为4.9~6.0 g/(cm²·ka), 高于冰期的1.9~5.0 g/(cm²·ka), 与发表过的南海南、北部冰期高于间冰期的特点明显不同. 对陆源沉积物的粒度分布进行主成分因子分析, 获得了两个主控因子F1和F2, 它们控制了陆源沉积近80%的粒度变化特征. 对F1敏感的1.26~2.66 μm%¹⁾和10.8~14.3 μm%呈现高频的波动, 和北半球低纬夏季太阳辐射量吻合很好, 显示23 ka的岁差周期和13 ka的半岁差周期. 对F2敏感的4.24~7.42 μm%和30.1~43.7 μm%, 则显示强烈的100 ka的偏心率周期. 本区的陆源沉积物来源于南海西南和北部2个地区, 在动力上则分别由夏季风和冬季风驱动的不同方向的洋流搬运. 研究认为, 晚第四纪以来东亚夏季风受控于低纬区的夏季日射量的变化, 而冬季风主要受高纬冰盖变化驱动, 呈冰期/间冰期旋回尺度的波动, 这反映了东亚季风演化的双重驱动机制.     

中国东部表土总有机质碳同位素和长链正构烷烃碳同位素对比研究及其意义

中国东部较高空间分辨率表土总有机质(TOC)碳同位素, 以及从中抽提的来自陆生高等植物的具有明显奇偶优势的长链正构烷烃碳同位素, 具有一致的空间变化趋势和显著的正相关关系. 两者都在北纬31°~40°之间较为偏正, 而在该区域以北和以南都较为偏负, 这一结果与中国东部表土植硅体碳同位素研究结果是一致的, 共同指示了中国东部地区北纬31°~40°之间区域的水热组合条件较适合C₄植物的生长. 来自华北同一研究地点相同植被类型(草地)下的12个表土, 其总有机质碳同位素和长链正构烷烃碳同位素变化幅度都很小, 两者之间的差异也很稳定. 这些研究结果说明, 在中国东部地区, 表土TOC碳同位素和长链正构烷烃碳同位素可以同等有效的作为上覆植被中C₃/C₄植物比例的指示器. 同时, 中国东部表土两类碳同位素的对比表明, -22‰和-32‰可以作为纯C₄和纯C₃植被下表土长链正构烷烃碳同位素组成的端元值(C27, C29, C31加权平均值)而应用于估计历史时期C4植物的相对生物量贡献.     

陇西黄土高原秦安地区全新世植被的讨论

前人曾报道黄土高原西部甘肃秦安地区全新世中期气候湿润, 湿地广泛分布, 发现以松属为主的针叶树花粉可高达80%以上, 推断当地发育森林植被. 依据前人报道的全新世湿地-冲积黄土剖面并补充了典型全新世黄土-古土壤剖面, 开展了分子标志化合物组分的研究, 发现所有样品正构烷烃的高碳数部分均具有显著的奇偶优势, 并且以表征草本植物的正构烷烃C₃₁为主峰, 且C₂₇, C₂₉, C₃₁这三个有机分子中C₂₇的含量最低(C₂₇2931), 与研究区草原植被现代表土结果一致, 而与以C₂₉为主峰的森林草原现代表土结果有别, 也不同于当地现代松科植物以C₂₉为主峰的正构烷烃分布模式, 表明研究区全新世以草原植被为主, 并非前人报道的森林植被. 研究说明, 若将孢粉和分子标志化合物指标有机结合, 可以弥补因孢粉传播等带来的古植被重建方面的问题, 更好地解释植被变化.     

正构烷烃分子化石与孢粉记录的指示意义对比: 以华南地区为例

以我国华南地区高分辨率湖相-泥炭交互沉积序列为例, 开展正构烷烃分子化石与孢粉记录的对比研究, 探讨和分析了它们之间的异同性及其可能原因. 结果表明, 分子化石与孢粉不能完全对应起来, 其难以像孢粉一样能鉴别出具有不同生态意义的生物科属, 主要记录原地植被的变化过程, 而孢粉反映的是区域性植被的平均信号. 分子化石在植被种属的明确解释上可能要部分依赖于孢粉, 反过来分子化石也有助于提高孢粉分析中科属种的鉴定能力. 分子化石对细节变化的敏感度要优越于孢粉, 其正构烷烃C₃₁/(C₂₇+C₂₉+C₃₁)等指标显著地捕捉到了H1, B/A, YD事件, 以及约9850~9585和8590~7920 cal a BP两次早全新世的干凉事件, 这些事件可与周边地区环境变化格局对应, 响应了区域环境变化和全球气候突变事件. 通过这一实例的对比研究, 说明分子化石与孢粉的相互结合, 可弥补二者之间的不足, 有效验证和提高恢复气候、植被演化的分辨率和准确性.     

环北太平洋地区现代植被中C3/C4植物相对丰度与气候条件关系研究

按照一个统一的方法, 即以−24‰和−14‰作为纯C₃和纯C₄植被下表土总有机质碳同位素组成(δ¹³CTOC)的端元值, 利用来自环北太平洋地区的中国东部、澳大利亚以及北美大平原地区的表土δ¹³CTOC 数据, 估算了这3个区域现代植被中C₃和C₄植物的相对生物量贡献比例, 并和这3个区域相应的主要气候因素(年均温和年降水量)进行了对比, 进而探讨了现代植被中C₃/C₄植物相对丰度与气候条件之间的关系. 结果表明, 温度条件对C₄植物生物量贡献具有决定性影响; 然而, 即使温度条件满足C₄植物生长的需要, 随着温度的进一步上升, 降水量应相应的下降, C₄植物方能保持其优势地位. 这一结果与对现代C₄植物种属地理分布调查获得的结论基本是一致的. 从而, 这一结果为上述区域过去地质历史时期C₃/C₄植物相对丰度变化记录的古环境解译提供了重要的参考资料.     

冲绳海槽中部沉积岩芯的古海洋学研究

根据冲绳海槽中部的两个沉积岩芯(155和180)浮游有孔虫的氧同位素变化特征, 结合沉积序列、千年尺度气候波动事件对比、碳酸盐旋回及AMS ¹⁴C测年等资料对岩芯进行地层划分和对比, 对两岩芯沉积物中记录的古环境信息进行释读, 探讨研究区末次间冰期以来古气候的变化规律和冰消期内部的短时间尺度的气候突变事件. 结果表明末次冰期最盛时(氧同位素2期)冲绳海槽中部可能有古长江和古黄河的淡水影响, 冰期-间冰期氧同位素值及变化幅度证明了边缘海对气候变化的“放大”效应. 底栖有孔虫Uvigerina的δ ¹³C值在冰期时明显变轻, 表明冰期时黑潮主轴东移, 影响范围萎缩. 对180岩芯中存在的“新仙女木”(YD)期气候突变事件进行了对比分析, 表明冲绳海槽地区的气候变化虽然受全球气候变化的控制, 但一些地域性的因素(如东亚季风)对研究区也有一定影响. 还对“YD”事件的成因机制进行了探讨, 在一定程度上支持了Fairbanks将YD期解释为两大融冰事件引起两次海平面快速上升之间一个短暂的海平面回升-滞缓期的观点. 底层水团与西北太平洋深层水团的交换程度减弱, 含氧量降低, 对CaCO₃物质的溶解作用增强, 并使得冲绳海槽地区的CaCO₃旋回与“大西洋型”CaCO₃旋回一致.     

古元古代冰期事件: 山西五台地区滹沱群的碳同位素证据

古元古代全球性冰期(~2.3 Ga)可能是地质历史时期发育最早的雪球事件. 华北地区广泛出露古元古代轻微变质沉积岩, 但缺乏古元古代冰期事件的沉积学证据. 研究了山西五台地区古元古代滹沱群(2.5~2.2 Ga)稳定碳同位素组成, 结果显示δ¹³C 值在垂向地层序列中的变化有明显的规律性: 豆村亚群大石岭组碳同位素高正值(δ¹³C_carb 值3.2‰~1.0‰); 东冶亚群纹山组-大关洞组中部碳同位素值的降低(δ¹³C_carb 值2.0‰~-1.2‰), 伴随着叠层石从繁盛到衰落的过程; 至大关洞组上部及其与槐荫村组界线附近碳同位素发生显著负漂移(δ¹³C_carb值1.4‰~-3.3‰), 该段地层叠层石不发育; 在其之上的北大兴组-天蓬垴组碳同位素比值逐渐恢复到零值附近(δ¹³C_carb 1.2‰~1.4‰), 叠层石迅速繁盛. 在东冶亚群建安村组-大关洞组中部出现的碳同位素负漂移可能是古元古代全球性冰期事件在我国华北地区的响应, 反映古元古代全球古气候发生了重要的变化.     

南海第四纪冰期旋回中的碳酸钙泵

碳酸钙的保存与溶解(即碳酸钙泵)通过其缓冲器效应控制着世界大洋的酸碱度, 进而可能对全球大气CO₂浓度的变化起着重要作用. 南海大洋钻探ODP 1143站2 Ma以来的碳酸钙分析, 提供探讨第四纪冰期旋回中碳酸钙泵作用的高分辨率记录. 统计研究结果表明, 南海第四纪冰期至间冰期过渡期, 碳酸钙堆积速率的最高值领先于δ ¹⁸O最轻值约3.6 ka; 而间冰期至冰期过渡期, 碳酸钙溶解程度最高值滞后于δ ¹⁸O最轻值约5.6 ka. 碳酸钙泵在冰期至间冰期过渡期向大气释放CO₂, 而在间冰期至冰期过渡期将大气CO ₂泵入深海. 碳酸钙泵的这种海水CO₃^2-浓度的调节功能, 直接控制全球大气CO₂的部分变化, 从而影响第四纪全球碳循环系统.     

大荔黄土-古土壤序列δ 13CSC值及其古环境意义

对最近250 ka大荔地区两个剖面全岩碳酸盐的碳同位素组成进行了分析, 初步探讨了影响黄土-古土壤序列δ ¹³C_SC值的因素及其古环境意义. 大荔黄土-古土壤序列δ ¹³C_SC值与磁化率的变化基本同步, δ ¹³C_SC曲线的负峰分别对应着不同的古土壤发育期. 研究认为, 植物成因CO₂的介入会导致δ ¹³C_SC值降低, 降低的幅度主要与古植被发育程度和古湿度有关, 植被中C₄植物的相对含量可能仅影响其次一级的变化. 低 δ ¹³C_SC值大体上指示了植被相对丰富、气候湿润的环境状况. 倒数第2次间冰期以来, 大荔地区植被发育最差、最干旱的时期是L₂的黄土堆积期; 而植被最为丰富、气候最湿润的则是末次间冰期. 发生在MIS(深海氧同位素)第3阶段晚期即 40~30 kaBP的青藏高原“高温大降水事件”的水文效应已波及气候相对湿润的关中地区, 对当地植被和湿度均产生了明显影响.     

青海湖现代沉积速率空间分布及沉积通量初步研究

考察了青海湖表层沉积物¹³⁷Cs活度及通量时空分布, 建立了湖泊沉积速率空间分布模式. 青海湖河口/岸边区域沉积物¹³⁷Cs通量高, 但平均¹³⁷Cs活度低; 湖中心区域¹³⁷Cs通量低但平均活度高. 河口/岸边区域沉积速率高, 沉积物陆源组分(如SiO₂, Fe₂O₃, Ti等)的含量及通量高. 湖中心区域沉积速率低, 化学/生物沉积组分(如次生碳酸盐)含量高. 因此, 决定青海湖沉积速率空间分布的主要因素是流域陆源物质的堆积速率. 根据本文获得的不同湖区沉积速率计算了青海湖平均质量堆积速率(0.0337 g•cm⁻²•a⁻¹), 并用Ca质量平衡方法检验了该平均值的合理性. 在此基础上, 估算了青海湖沉积通量及流域泥沙输入和大气粉尘对湖泊沉积的贡献.     

灵台红粘土-黄土剖面晚中新世以来钙质结核的碳同位素记录及其古植被指示意义

灵台红粘土-黄土剖面钙质结核的碳同位素记录表明:在东亚季风区,C₄植被至少在7.0Ma时已经存在;从4.0Ma开始,C₄植被逐渐扩张,但并未达到主导地位。与低纬地区相比,本区C₄植被的扩张滞后约3.0 Ma;晚中新世以来北美北纬37°以北地区C₄植被扩张要滞后于北纬37°以南地区,在东亚大陆区,此分界线似乎要更加靠南。从约2.0 Ma以来,黄土高原C₄植被又明显减少,这说明除CO₂含量和温度变化外,可能还有其他因素在对C₃/C₄植被的转换起一定作用。     

南塔斯曼海800 ka以来的海水表层温度与亚热带锋迁移历史

南半球中纬度西风带的迁移控制着南大洋深层水通风, 从而驱动大气CO₂浓度的变化和全球气候变化. 作为西风带直接控制的锋面, 亚热带锋面(STF)的移动反映了西风带的迁移. 通过南塔斯曼海西部ODP1170站位高分辨率的底栖有孔虫氧同位素(δ¹⁸OB)地层和海水表层温度(SST), 及其他站位温度记录和南极冰芯中古气候参数的综合研究, 重建了800 ka以来STF的迁移历史, 以及其与南大洋通风性、冰盖体积大小和大气CO₂浓度之间的关系. 南塔斯曼海域800 ka以来的SST平均值为10.2℃, 低于该海域现代年均SST(12℃). 但MIS 1的平均SST最高, 达到11.6℃, 而MIS 4的平均SST最低, 为7.8℃. 最高SST出现在MIS 5, 为14.7℃; 最低的SST出现在MIS 2, 为6.2℃. 在冰期-间冰期旋回中, STF相对于其现代的位置, 向南或北迁移超过3个纬度. 在最暖的MIS 5, STF可能向南迁移到49°S以南; 在最冷的MIS 2, STF可能向北迁移到43°S以北. 在轨道周期上, 西风带的迁移领先于冰盖体积大小变化, 但与南极大气温度同步变化. 当太阳辐射同时影响南极大气和南大洋表层海水温度时, 南大洋SST变化导致STF和西风带迁移. 而STF和西风带的迁移又控制南大洋环流和深层水通风, 从而驱动大气CO₂浓度变化. 冰盖体积变化只是大气CO₂浓度变化的积极反馈, 而不是独立的驱动力.     

筑坝对喀斯特河流水体溶解性无机碳地球化学行为的影响

为探究筑坝对河流溶解性无机碳（DIC）地球化学行为的影响, 对乌江流域的水库及河流进行了半月1次为期1年的现场监测和取样分析. 相对于入库河流, 库区叶绿素a浓度平均提高了5.6倍, 库区表层DIC中HCO₃^-和溶解CO₂比重下降, CO₃^2-比重和DIC碳同位素值（δ¹³C_DIC）上升, 而水库下泄水中DIC各组分却表现出与库区表层相反的地球化学行为. δ¹³C_DIC变化范围为-10.2‰~2.5‰, 表明碳酸盐岩风化、光合作用及呼吸作用共同控制了δ¹³C_DIC的变化. 河流筑坝后浮游植物生物活动增强, 显著影响了原始河流DIC的地球化学行为, δ¹³C_DIC可以用来判断这种变化过程. 河流-水库水体高频率监测对于准确评估筑坝河流CO₂释放通量和明确碳循环过程中的源汇关系是非常必要的.     

墨西哥湾北陆坡区冷泉碳酸盐岩脂肪酸及碳同位素特征

对墨西哥湾北部水深约540 m的上陆坡GC185区(GC-F样品)和水深约2200 m的下陆坡AC645区(AC-E样品)冷泉碳酸盐岩中的脂肪酸及其单体化合物的δ¹³C进行了分析. 在AC-E和GC-F冷泉碳酸盐岩样品中检测到了30多种脂肪酸化合物, 均以主峰碳为C₁₆的低碳数(<C₂₀)脂肪酸为主, 具偶碳优势, 主要包括正构脂肪酸、异构(i-)/反异构(ai-)脂肪酸以及带支链的(iso/anteiso)奇碳数脂肪酸. 其中n-C_12:0, n-C_13:0, i-C_14:0和n-C_14:0具有明显偏低的δ¹³C值(39.99‰~32.36‰), 可能来源于冷泉生物. n-C_18:2和C_18:1△⁹具有相同的碳同位素值, 可能来源于冷泉渗漏区贝氏硫细菌属/辫硫菌属. 支链奇碳数脂肪酸(iso/anteiso-C₁₃~C₁₇)具有特别负的δ¹³C值(63.95‰~44.17‰), 明显不同于其他类别脂肪酸的碳同位素值, 推断这类化合物是海底渗漏区甲烷厌氧氧化过程中的硫酸盐还原细菌生命活动的产物.     

检出于第三系沉积物中的芳构化三环二萜烷及其意义

在胜利油田第三系沙河街组3个低成熟的生油岩和５个原油样中检出了一个单芳三环萜烷和两个芳构化三环二萜烷，检出的化合物包括：C₁₉H₂₈ (m/z 145,M⁺256)C环芳构化三环萜烷，C₁₇H₂₀ (m/z 209,M⁺224)和C₁₈H₂₂ (m/z 233,M⁺238)B,C环芳构化三环二萜烷．初步研究结果认为，这些化合物是未成熟有机质的标志物，并具有C₁₈H₂₂>C₁₇H₂₀>C₁₉H₂₈的稳定序，早期成岩作用阶段奥利烯、藿烯、蕨烯、乌散烯等五环三萜类的Ｄ环裂解亦可能是B,C环双芳三环二萜烷的成因途径之一．     

脂肪酶AK对富勒烯封端聚己内酯的降解

采用滴定法并以聚己内酯PCL为对照, 探讨了富勒烯封端聚己内酯C₆₀-PCL的脂肪酶AK降解行为. 实验发现, PCL和C₆₀-PCL的酶解反应均符合米氏方程, 其动力学参数Km 分别为0.75和0.16 mg•mL⁻¹, 最大降解速度Vmax分别为0.90和0.43 mL•h⁻¹. 在同等条件下C₆₀-PCL降解速率较PCL减小, 表明富勒烯的引入使聚己内酯难于被脂肪酶降解.     

两个自组装型水杨醛氨基乙酸席夫碱配合物的合成及活性

在室温下的乙醇体系中, 设计合成了两种新型的含有水杨醛氨基乙酸席夫碱的配合物(C₉H₇NO₃)Cu(C₁₄H₁₂N₂)·H₂O(1)和(C₉H₇NO₃)Ni(C₃H₄N₂)₃·H₂O(2). 这两个配合物分别通过元素分析、红外光谱和紫外光谱进行了表征, 并用X射线衍射方法测定了它们的晶体结构. 对于配合物1, 中心金属铜处于四方锥构型环境, 分子间经由氢键O4―H2W…O3, O4―H2W…O3^#1(#1: -x+1, y, -z+3/2)和弱的相互作用(π-π堆积)而连接成链结构; 对于配合物2, 中心金属镍处于八面体构型环境, 通过两种分子内氢键: O―H…O和N―H…O, 分子间氢键O8―HO14…O5^#1, O8―HO7…O3^#2和N3―H3A…O3^#3(#1: x-1, y, z; #2: x-1, y, z-1; #3: -x-2, -y+1, -z+2)形成氢键簇(每4个分子经由氢键连接成为一组).     

长链正构烷烃主峰碳数作为判别草本和木本植物指标的讨论: 来自表土和现代植物的证据

对我国范围内上百个表土的长链正构烷烃研究结果进行了总结(其中62 个为本项研究所获得), 发现尽管上覆的现代植被类型具有很大差别, 但表土中高等植物来源的长链正构烷烃主要以n-C₂₉ 和n-C₃₁ 为主峰. 同时, 对文献中报道的超过300 种现代植物长链正构烷烃研究结果的统计表明, 无论木本植物、草本植物还是灌木植物, 其长链正构烷烃同样主要以n-C₂₉ 和n-C₃₁ 为主峰. 综合对现代植物以及表土研究结果的分析, 认为表土中长链正构烷烃分子分布特征与来源植被之间的关系受多种因素的影响, 较为复杂, 两者之间的关系很难用一种简单的模式来确定.