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。     

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。     

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.     

洞穴次生碳酸盐沉积稳定碳同位素研究

对国内外有关洞穴石笋稳定碳同位素值（13C,其计算公式为:13C = （Rsamp/Rstd - 1）*1000,Rsamp和Rstd分别为样品和标准的碳同位素比值）的研究成果进行了梳理和归纳总结,介绍了影响石笋13C值变化的因素（如植被（包括植被类型和生物量效应）、土壤过程、大气CO2、岩溶地下水水文（包括地下水的水动力条件、水-岩相互作用和先期碳酸盐沉积等）,同时介绍了一些模型研究中对影响石笋13C值的某些具体气候环境因素（如滴水快慢或时间间隔、通风强度、地下水流动路径等）进行的定量评估. 综合迄今为止洞穴石笋13C值的研究成果,指出洞穴内滴水的CO2去气作用可能是影响石笋13C值变化的关键机制,建议在今后的研究中对此给予高度关注.     

中国西部地区水-热综合环境因素对植物碳同位素组成的影响

通过对中国西部地区新疆、柴达木盆地、甘肃、西藏等地148种植物叶片稳定碳同位素组成分析,讨论了其与环境因子之间的关系.结果表明中国西部地区优势建群种δ13C为10.5‰～32.6‰,主要以C3植物为主,少量C4植物.C3植物的δ13C为22.8‰～32.6‰,平均为26.9‰;C4植物的δ13C为10.5‰～15.8‰,平均为13.1‰.在生长季节,C3植物的δ13C受降水量、湿度的影响较大,随降水量减少,δ13C逐渐偏重,随相对湿度增加,δ13C逐渐偏轻.温度对植物碳同位素组成的影响较为复杂,年均温度在0～4 C时植物碳同位素组成最轻,而随温度从4 C升高、从0 C降低时,植物碳同位素组成均呈现偏重的趋势.中国西部地区植物碳同位素组成受多种因素同时作用,植物生长期降水量和温度对植物碳同位素组成影响较大.     

柳杉树轮δ^13C与气候要素的分析与应用

对采自气候为非限制性因子地区的柳杉树轮稳定碳同位素比δ^13C进行气候响应分析。用排除法消除大气二氧化碳中δ^13C的变化对柳杉树轮δ^13C变化的影响后,建立残差年序列RE,并结合西天目山气象站的气象记录,分析了树轮δ^13C年序列对气候要素的响应,结果表明：西天目山地区树轮δ^13C的高频振荡与11、12月最高气温的平均值,1、2、3月降水总和以及6、7月降水总和显相关,在一定程度上反映了东亚季风对该区的影响大小,可见气候非限制性因子地区树轮稳定碳同位素组成年序列同样可以作为气候变化指针。     

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.     

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.     

重庆地区末次冰期H6事件起始时间探讨

本文利用重庆地区羊子洞Y02石笋的U/Th年龄数据和δ13C值建立了末次冰期60~65 ka BP时段的石笋碳同位素变化序列。Y02石笋的δ13C记录显示末次冰期的H6事件起始时间约为63 ka BP左右,不同于前人研究的60 ka BP。通过翻阅相关研究发现:末次冰期H6事件的起始时间尚存争议,早期的研究者将H6事件起始时间定于65~66 ka BP,随后的研究者又将其定于60 ka BP。通过将羊子洞Y02石笋δ13C值进行功率谱分析发现:Y02石笋δ13C记录主要存在228a,102a,77a和60a周期,表明末次冰期重庆地区的气候变化主要受控于太阳活动的影响。     

米仓山-汉南隆起牛蹄塘组页岩稳定碳同位素组成及其意义

利用牛蹄塘组暗色泥页岩样品进行有机碳同位素(δ~(13)C_(org))、无机碳同位素(δ~(13)C_(carb))、氧同位素(δ~(18)O)、总有机碳(TOC)、微量元素测定,分析米仓山-汉南隆起区早寒武世古海洋环境及其与页岩有机质生产的关系。基于原始海洋巨大溶解有机碳库(DOC)和海洋分层理论,结合不同古海洋微生物种属碳分馏特征,描述米仓山-汉南隆起区早寒武世古海洋环境和有机质生产模式。结果表明:研究区牛蹄塘组页岩中获取的碳氧同位素具有良好的原始性,对研究区古海洋环境具有良好的指示意义;δ~(13)C_(org)明显富集轻碳同位素(~(12)C)显示强烈的负异常,分布在-34.032‰～-29.537‰,属于L型无定形有机质,且更富集轻碳同位素;δ~(13)C_(carb)明显富集重碳同位素(~(13)C),分布在-1.21‰～3.64‰;氧同位素δ~(18)O分布在-8.94‰～-3.5‰;研究区南北部碳氧同位素空间分布具有差异性,与南部西河乡剖面相比,北部宁强铁锁关和两河村剖面的碳同位素具较高的δ~(13)C_(org),偏正的δ~(13)C_(carb)和高的δ~(13)C_(carb-org),且δ~(13)C_(carb)与δ~(13)C_(org)呈明显的解耦关系而与δ~(13)C_(carb-org)线性相关;牛蹄塘组页岩碳氧同位素组成取决于海侵过程中藻类、化能自养、甲烷细菌、甲烷氧化菌等特殊的古海洋微生物种属分布或活动强度与上升洋流、海洋分层的有机结合。     

宁夏荒漠草原猪毛蒿碳同位素组成及与环境因子的关系

以宁夏荒漠草原区广泛分布的草本植物猪毛蒿为研究对象,通过对38个样地190份猪毛蒿同化枝的δ~(13)C进行测定,分析猪毛蒿同化枝稳定碳同位素组成的变化特征及其与环境(经度、纬度、海拔和土壤体积含水率)、生境(土壤类型、地形类型、放牧干扰和群落类型)之间的关系.结果表明,猪毛蒿同化枝δ~(13)C值为-25.10‰～-29.76‰,平均值为-27.79‰,表明猪毛蒿属于C3光合途径的植物;猪毛蒿同化枝的δ~(13)C值存在空间差异.经纬度、海拔以及土壤水分对猪毛蒿同化枝δ~(13)C值的影响不明显(P0.05).猪毛蒿同化枝δ~(13)C值在不同生境条件下存在差异:灰钙土生境下高于风沙土及风化基岩残积土;坡上的高于平地、坡中及坡底;放牧干扰低于未放牧条件(P0.05);有柠条的生境高于无柠条生境.     

川东北宋家洞石笋氧碳同位素及锶含量突变分析

通过对宋家洞石笋SJ3的氧碳同位素及锶含量进行Mann-Kendall test突变分析,得出以下结论:(1)氧同位素值记录了末次冰盛期向Heinrich Event 1时期的转变;(2)碳同位素值和锶含量记录了由H1冷期向BФlling-AllerФd暖期的转变;(3)碳同位素值和锶含量指示了在19.8～15.3ka时当地的东亚夏季风和冬季风呈正相关关系,在15.3～14.8 ka呈负相关关系,表明石笋SJ3记录了古气候环境的冷干、暖湿变化,且不同气候指标对环境变化的敏感度不同。     

黄土高原西缘末次盛冰期以来古气候演化的有机碳同位素记录

综合CaCO3含量、碳酸盐碳、氧同位素资料，并结合研究区的区域特征，对兰州红咀寺剖面有机碳同位素气候指示意义进行了研究．结果表明，在黄土高原西缘，有机碳同位素δ^13Corg波动反映C3／C4植物比例改变，指示温度变化．δ^13Corg值偏正时，表明C4植物含量较大，反映温度较高．有机碳同位素和CaCO3含量、碳酸盐碳、氧同位素共同揭示了兰州地区末次盛冰期气候较全新世明显偏低，在11．5kaBP，13．9kaBP存在两次明显的降温；进人全新世以后，兰州气候开始逐渐变暖，但仍存在8．8kaBP、5．0kaBP和3．2kaBP的三次突然升温以及8．0kaBP、6．8kaBP和5．3kaBP的降温事件，说明了兰州地区气候变化的复杂性和不稳定性．     

碳稳定同位素在泥盆系-石炭系及弗拉阶-法门阶界线层远距离地层对比的应用

在广西和贵州泥盆系-石炭系界线有强烈的δ~(13)C值负异常,两地负异常可以对比。在广西和湖南弗拉阶顶部δ~(13)C值有多次负异常,两地负异常亦可以对比,δ~(13)C值波动曲线具有显著特征,它为今后弗拉阶-法门阶界线的识别及远距离对比具有实际应用价值。在生物地层工作基础上,对无机碳同位素的研究,在一定条件下可以提高远距离对比的精度。     

廉州湾红树林大型底栖动物食物来源研究

【目的】了解可能性食物源对红树林大型底栖动物的贡献率。【方法】利用碳氮稳定同位素技术,对广西廉州湾红树林大型底栖动物及可能性食物源的碳、氮同位素比值(δ~(13) C值、δ~(15) N值)进行分析,并通过贝叶斯稳定同位素混合模型,估算不同食物源对大型底栖动物的贡献率。【结果】大型底栖动物的δ~(13) C值为-23.37‰~-18.09‰,δ~(15) N值为6.59‰~17.00‰,δ~(13) C值、δ~(15) N值的变化范围较大,表明大型底栖动物食物来源较为复杂多样。7种可能性食物源的δ~(13) C值为-29.09‰~-21.53‰,δ~(15) N值为6.85‰~15.67‰,其中红树植物的δ~(13) C值最为贫化。大型底栖动物的营养级别均小于3,表明它们基本属于初级消费者。SIAR混合模型计算结果显示,颗粒有机物(POM)对大型底栖动物有较高的贡献率,其次为表层沉积物(SOM),大型藻类、附生植物的贡献率较低,红树植物叶片、落叶、树皮对大型底栖动物的贡献率最低。【结论】POM、SOM是广西廉州湾红树林大型底栖动物重要的食物源,红树植物不是大型底栖动物碳的主要来源。     

山东塔山黑松树轮稳定碳同位素与气候要素的响应

在山东塔山东坡采集黑松(Pinus thunbergii Parl)树芯样本,建立树轮稳定碳同位素年表,发现在数十年尺度上与工业革命以来大气稳定碳同位素比率降低的事实相吻合,但1976年之后树轮稳定碳同位素比率(δ13C)有逐渐上升的趋势,其原因可能是大气中CO2的积累效应导致了大气与海洋之间CO2交换的不稳定性.通过对样本δ13C序列校正提取高频序列后与气象站气象资料进行相关分析,发现树轮δ13C序列与温度呈正相关,与降水量和日照时数呈负相关,温度和降水以及日照时数对树轮δ13C的影响均存在一定的滞后效应,该地区树木生长的限制性气候因子比较复杂,可能受到多种气候因子的共同影响,在气候重建研究中应当慎重选择.     

鄂尔多斯盆地东南部马家沟组碳酸盐岩碳氧同位素特征及意义

对鄂尔多斯盆地东南部马家沟组白云岩和灰岩的碳氧同位素进行测定。结果显示,样品的碳氧同位素值分布较为离散,二者的相关性仅为0.18,氧同位素平均值为-8.34‰;对锰、锶元素含量进行测定,计算ω(Mn)/ω(Sr)平均值为1.4,表明采集样品大部分受后期成岩蚀变影响小,可较好地代表原始地层的沉积特征。马五段、马六段样品的碳氧同位素值变化差异明显:马五段白云岩δ13C在-1.33‰~1.01‰(PDB),δ18O值在-9.58‰~-6.46‰(PDB),为中低负值;马六段灰岩δ13C在-6.75‰~0.92‰(PDB),δ18O值在-11.36‰~-7.33‰(PDB),马六段的碳氧同位素值较马五段离散,且发生了明显的负漂移。Z值与碳同位素值具有较高的相关性,而与氧同位素值相关性低,仅作为该区古盐度变化的相对参考值。碳氧同位素值与Z值所反映的环境信息表明,鄂尔多斯盆地东南部马家沟组马五期为海退期,海水循环性差,气候干旱炎热,处于蒸发环境,海水盐度较高。马六期形成的灰岩由于长期裸露地表,受到大气淡水淋滤作用的影响,角砾泥晶灰岩发育,其碳氧同位素值较低。     

新疆准噶尔与华南湘中法门期碳同位素特征的对比研究

针对新疆准噶尔盆地西北缘洪古勒楞组下段是否存在弗拉-法门阶界线的问题,对比研究布龙果尔剖面该段地层以及湖南中部锡矿山剖面上泥盆统法门阶中下部碳酸盐岩的碳同位素特征,并结合已有的生物地层学证据,重新讨论洪古勒楞组下段的时代。结果表明,布龙果尔剖面洪古勒楞组下段碳同位素的变化趋势与国内外诸多典型剖面弗拉-法门期之交的δ~(13)C偏移明显不同:未见到显著正偏移;布龙果尔剖面δ~(13)C在0~1‰范围内变化,小于国际上目前已知的弗拉-法门期之交δ~(13)C正偏移的幅度(2‰~3‰)。布龙果尔剖面洪古勒楞组下段可能不存在弗拉期地层,甚至可能缺失法门阶底部(牙形石Pa.triangularis带)。法门早中期,布龙果尔剖面碳同位素曲线可与湖南锡矿山剖面同时期地层进行较好的对比,分为3个阶段:2个完整的正偏—负偏旋回以及之上的小幅正偏。主量元素特征表明,布龙果尔剖面第3-1层的下半部受陆源物质影响较大,推测可能与区域构造活动变强烈有关。     

新场地区上三叠统须五段陆相页岩层系非常规天然气特征与成因

除下古生界海相页岩具有页岩气开采的价值外,四川盆地陆相领域页岩层序也非常发育;其中川西坳陷须五段获得突破,但其非常规天然气地球化学特征十分复杂、成因类型多样,开展非常规天然气特征和成因的研究对于有效的认识四川盆地陆相页岩的勘探开发前景具有重要意义。在对川西坳陷上三叠统须五段陆相页岩层序天然气组分和同位素特征分析的基础上,结合该区实际地质条件的分析,研究了天然气的成因类型、天然气成熟度和天然气的赋存状态。结果表明:须五段天然气主要为烃类气体,甲烷含量、干燥系数变化大;但平均值较低,烷烃同位素具有δ13C1δ13C2δ13C3δ13C4的正常序列分布特点;但甲烷碳同位素值(δ13C1)变化大,在-44.4‰~-27.1‰之间;乙烷碳同位素值明显偏轻,介于-28.1‰~-22.9‰之间。须五段天然气为典型煤型气,具有成熟-中等成熟阶段热成因气的特征;天然气为吸附气与游离气的混合气体,但以吸附气为主,在生产过程中,由于同位素的分馏效应,导致天然气甲烷碳同位素偏重。     

中世纪暖期和现代暖期中国季风降水时空模式及其机制

IPCC第五次评估报告认为中世纪暖期(950—1250 A.D.)和现代暖期(20世纪增温)存在具有高可信度.气象观测结果显示20世纪中期以来的显著增温时期,中国降水变化呈现典型的"南涝北旱"两极模式.然而,这一模式与中世纪暖期代用指标重建降水所揭示的"南干北湿"模式存在显著差异,且这一差异的动力学机制亦不明确.继承大气降水氧同位素(δ~(18)O)的中国石笋δ~(18)O记录是描述水循环演变历史信息的理想天然示踪剂.本文将北京石花洞(中国北方)和贵州董哥洞(中国南方)石笋δ~(18)O记录进行对比,基于δ~(18)O-降水-大气环流信号之间的机理联系,解析中世纪和现代暖期大气降水时空模式及其机制.结果显示中世纪暖期石花洞石笋δ~(18)O值显著负偏,指示亚洲夏季风增强,雨带北移,印度洋远源水汽输送增加,而南方洞穴石笋δ~(18)O值相对正偏,指示降水减少或者蒸发加强,局地环流降水增加.在中世纪暖期,洞穴记录对比结果呈现与其他指标重建结果一致的"南干北湿"模式. 20世纪增温时期,石花洞与董哥洞石笋记录均显示δ~(18)O值正偏过程,指示夏季风减弱,雨带南移,北方降水减少;南方降水则由近源水汽输送所控制.研究结果暗示中世纪暖期亚洲夏季风增强可能是气候自然变率的结果,而现代暖期季风减弱则可能与人类活动影响下的海温异常有关.