中国洞穴石笋年代学和古气候研究

我国学者用高精度、高灵敏度热电离质谱(TIMS)铀系法测定第四纪地质年龄,并已在古气候、古环境、古海洋的研究中取得了一系列重要成果.本文介绍目前我们用MAT-262质谱仪对洞穴石笋的TIMS铀系定年法对贵州荔波董歌洞、龙泉洞、衙门洞以及贵州都匀七星洞洞穴的次生碳酸岩石笋进行年代学研究的一些成果.     

来自洞穴深处的古气候档案:石笋

全球变暖的事实使得人们越来越关注我们赖以生存的地球的未来气候变化,围绕全球变暖成因与对策问题的争论已经从科学问题上升到国际政治层面,并成为百姓街头巷尾议论的话题之一.     

洞穴次生沉积物石笋的稳定同位素古气候的研究

用稳定同位素地球化学古温度的方法,对洞穴次生沉积物石笋进行碳、氧稳定同位素的测定,并对石笋进行铀系地质年龄和~(14)C地质年龄测定,可以获得第四纪以来的古气候演化规律。     

盛冰期太阳活动在南京石笋年层序列中的印迹

根据南京葫芦洞一支石笋高精度²³⁰Th年龄及纹层计数, 确定该石笋在24~21 kaBP期间发育连续3000年左右的年层序列. 石笋年纹层厚度与光面灰度具有良好的相关性(r = 0.55), 支持纹层厚度反映夏季风降水效应的观点. 年纹层厚度与反映太阳活动的冰芯¹⁰Be记录在百年-千年尺度上的一致性, 说明全球冰量最大背景下东亚夏季风气候的高频变化仍受太阳活动驱动. 年层序列的功率谱分析结果表明十年-百年尺度的季风气候变化与太阳活动周期基本一致.     

44万年以来北京地区石笋古温度记录

北京地区洞穴石笋古温度记录表明,在440—78ka B.P.,古温度有三次较明显的周期性变化,每一周期为10万年左右,周期中最高年均温度为12—16℃,最低温度为3—5℃,最大温差为10℃左右.北京地区现代年均温度(12℃)是处于44万年以来古温度演化的高温时期.     

130 kaBP左右东亚季风突变过程的洞穴石笋记录

基于湖北神农架地区石笋(SB25)6个²³⁰Th年龄和472个氧同位素分析, 获得了133~127 ka时期十年际分辨率的δ¹⁸O时间序列. 该石笋δ¹⁸O时间序列记录了倒二冰期向末次间冰期转换时东亚夏季风降水强度变化的详细过程. 通过对石笋的精确定年, 确定终止点Ⅱ的年龄为129.5±1.0 ka, 证实了北半球太阳辐射是东亚季风冰期/间冰期转换的主要驱动力. 该石笋δ¹⁸O值在冰期/间冰期旋回中振荡幅度达4‰左右, 这在亚洲季风区洞穴记录中具有普遍性. 分辨率为十年际的δ¹⁸O曲线显示东亚季风在倒二冰期向末次间冰期转换时表现为4个阶梯式阶段, 其中“终止点Ⅱ停滞”后的季风降水突增与全球CH₄浓度突变同步.     

古环境记录的数字图像分析及应用

地质或生物记录对环境变化的响应往往直观地表现在不同形式的影像中，对这些影像进行数字图像分析可快速提取记录中的环境变化信息，其原理是在记录的发育方向上选择剖面线，沿剖面线读取图像色值并进行环境代用指标的计算、生长层的识别与自动定年和生长层结构演化等研究。在详述图像分析原理的基础上，提出珊瑚、树轮和石笋记录图像分析的方法，并通过实例阐述了这些记录图像参数的环境意义。     

季风条件下全新世洞穴碳酸钙稳定同位素气候信息初步研究

1 洞穴碳酸钙氧同位素的气候意义1.1洞穴碳酸钙氧同位素的来源及其变化的意义洞穴碳酸钙的形成主要包括渗流带碳酸盐岩溶蚀和洞内沉积两个过程.溶蚀化学过     

石笋铀同位素组成对土壤环境变化的指示

通过测定南京葫芦洞两支石笋41个样品的铀、钍同位素组成,发现距今 75～18 ka期间洞穴石笋238U和δ234U0的变化与33°N夏季太阳辐射曲线、石笋δ18O曲线具良好的对比关系.洞穴上覆土壤带有机质丰度变化是控制石笋238U含量变化的主要因素,由此解释了石笋238U变化曲线与δ18O,同纬度太阳辐射曲线之间相位一致的原因,但水-土-岩之间238U迁移富集过程的复杂性导致238U与气候曲线在振幅上不完全一致;δ234U0指示了洞穴上覆土壤剖面成壤作用强度变化,较敏感地反映了本区下蜀黄土成壤作用与风成堆积过程.因此,洞穴石笋铀浓度及其同位素比率可作为新的洞穴气候环境替代指标.     

贵州龙泉洞石笋在距今1600至250年间的古气候古环境重建

对贵州龙泉洞2号石笋进行了高分辨率的碳氧同位素分析和TIMS铀系测年,建立了从公元400-1750年间的δ18O和δ13C值的变化序列,重建了中国西南地区距今1 600年以来到距今250年之间的古气候和古环境演化.根据δ18O值,以1 600年为界,之前处于中世纪暖期,其后是小冰期事件.其间讨论了δ13C变化所指示的环境变化,并与其他研究成果进行对比分析.     

甘肃武都万象洞滴水与现代石笋同位素的环境意义

初步研究了青藏高原与黄土高原过渡带的甘肃武都万象洞中滴水的氢氧同位素和洞穴现代石笋碳酸钙的氧同位素组成, 发现万象洞内滴水的δ¹⁸O_dw和δ D_dw位于全球降水同位素网数据建立的地方性大气降水线范围之内, 说明滴水δ¹⁸O_dw与降水δ¹⁸O有密切关系. 利用δ¹⁸O_dw和洞内中部到距洞口较远处的现代管状钟乳石下部的δ¹⁸O_mc数据和碳酸盐古温度等式计算的温度范围在8.9~12.4℃之间, 平均值为10.7℃, 其中计算出距洞口较远处8个位置的温度在10.1~12.4℃的范围之内, 平均值为11.5℃, 这个值与洞穴内的观测值(10.99℃)一致, 略低于当地年平均气温(14.4℃), 说明现代石笋形成在同位素平衡条件下, 它们的同位素组成可以近似地反映其洞外大气年均温度.     

7000m处冰芯的初步研究

冰川是自然界在特殊环境下的特殊创造物,也是过去环境变化最可靠、最保真的天然档案馆.因此,从冰川中揭示过去环境变化的冰芯研究成为环境研究的前沿热点领域.科学家已通过南、北极冰芯研究,阐明了过去40万年(南极)和30万年(格陵兰)以来气候环境变化特征.但科学家们在试图通过南、北极冰芯解释全球气候环境变化机制时,遇到了挑战.这就是没有中纬度地区的冰芯研究作桥粱,两极地区的冰芯研究就不能很好地在全球尺度上联系起来,也就难以最终解决全球气候环境变化的机制问题.青藏高原是中纬度冰芯研究最理想的地区.青藏高原的冰芯研究可以在全球…     

中国洞穴碳酸盐双重光性显微旋回及其意义

在透光－荧光显微镜下观察,中国的石笋显微沉积旋回界面大多具有“阳光－发光”两个两种光性,其中一部分石笋的两种光性微层能够一一对应。分析认为这类样品最适合进行平行生长石笋间的交叉定年,可能是最有利于发展石笋微层年代学和气候学的重要材料。     

罗布泊地区红柳沙包年层的环境意义探讨

红柳沙包年层不仅与树木年轮和季候泥等一样, 可以用来计数年代, 其组成物质—风成沙和红柳枯枝落叶层还蕴含有丰富的环境信息, 可用于研究气候与环境变化. 通过米兰河右岸红柳沙包年层中风成沙的粒度特征和枯枝落叶层中红柳叶的稳定碳同位素δ¹³C和C/N值分析, 将本区132年间的气候划分出3个不同的冷暖阶段, 即1871~1927年的偏冷期、1927~1967年的相对偏冷期与1967~2002年的偏暖期.     

距今3 ka来京东地区的古温度变化: 石笋Mg/Sr记录

通过分析石笋和其上方滴水中的Mg/Ca与Sr/Ca比值，并用Sr含量来校正Mg在初始溶液中的变化，获得Mg的固液相分配系数DMg/Ca，它与Mg/Sr比值呈线性正比，即Mg/Sr比值代表DMg/Ca值，亦即反映碳酸盐沉积时的温度变化。采自北京平谷大溶洞石笋ZFFS－1的Mg/Sr记录表明，距今3ka来京东地区的古温度变化可分为两大时期：3－2kaBP为凉湿气候，平均气温约为9．8℃；2kaBP至现今，气候以热干为特征，气温比3ka的平均值（11．7℃）升高约1℃。其中在0．5－0．2kaBP，气温比现今低约1．2℃，可能是欧洲小冰期在研究区的响应。自大约0．2kaBP开始，Mg/Sr比值与δ^18O和δ^13C同向正偏，表明气温逐渐回升，这种格局一直持续到现今。     

高精度热电离质谱定年对石笋古温度研究的意义

用高精度、高灵敏度不平衡铀系热电离质谱(TIMS)法测定第四纪地质年龄,并已在古气候、古环境、古海洋、考古学以及近代活动火山作用的研究中取得了一系列重要成果.本文介绍目前国内外用TIMS对古气侯研究的一些成果和我们用MAT-262质谱仪对洞穴沉积物石笋的TIMS定年测试结果.     

离子淋溶作用对冰川化学记录形成的影响

积雪融化时,50％～80％的化学离子会随最初30％的融水流失。因此淋溶作用改变了雪层内化学元素原始季节层理记录,而代之以新的分布形式,这便成为冰芯记录而长期储存下来。因此,弄清楚淋溶前后各离子分布的相关关系,是进行高精度冰芯古环境、古气候记录恢复的重要依据。     

亚洲内陆湖泊在18kaBP及6kaBP的水位变化及其指示意义

湖泊是一定区域内的蓄水体。其水位高低能非常有效地指示湖盆内湿润条件的变化。这对内陆湖泊尤为如此。湖泊的湖滨阶地、沉积物岩性及水生孢子花粉、介形虫、硅藻等都能成为过去历史时期湖泊环境演变的证据。例如,沉积物的纹泥层反映的是一种深水且静态环境,而粗砂粒的沉积物反映的是一种近岸的浅水环境。在水生孢子花粉中,苔草(Carex)、狸藻(Ultricularia)等指示的是浅水相的环境,而孤尾藻(Myriophyllum)、眼子菜(Potamogeton)指示的是深水相的环境。这些都是恢复古湖泊水位变化的基础。     

东北二龙湾玛珥湖13 ka BP以来的沉积年纹层研究

对东北二龙湾玛珥湖的沉积物(0~700 cm)进行研究, 发现该湖既含有生物年纹层(0~632 cm)又含有碎屑年纹层(632~700 cm), 其中生物年纹层又可按照藻类种类及含量的多少划分为以甲藻为主的生物年纹层(0~63 cm)和甲藻与硅藻混合的生物年纹层(214 ~632 cm). 对这3种年纹层的详细组成与结构特征进行了描述, 讨论了沉积序列中年纹层类型变化的原因, 并建立了13 ka BP以来高分辨率的纹层年代学标尺. 这为今后继续年纹层计数、误差评价及高分辨率古气候记录研究奠定了很好的基础.