2002年华北沿海特大沙尘单体长链正构烷烃的碳同位素组成

利用气相色谱/质谱(GC/MS)和气相色谱/同位素比值质谱(GC/IRMS), 就2002年春季华北沿海青岛两次特大沙尘长链正构烷烃的单体碳同位素组成进行了分析和研究. 结果显示典型植物蜡源正构烷烃(C29和C31)单体碳同位素组成比典型人为源汽车尾气部分(C₂₁~C₂₃)明显偏轻. C₂₉非沙尘期碳同位素组成为－30.3‰ ~－31.9‰, 平均为－30.5‰; 特大沙尘期为－31.1‰ ~－31.5‰, 平均为－31.3‰. C₃₁非沙尘期碳同位素组成为－31.1‰ ~－33.0‰, 平均为－31.4‰; 特大沙尘期为－31.3‰ ~－32.6‰, 平均为－31.7‰. 研究区特大沙尘中的植物蜡主要来源于草本植物由长程输送而来, 本地源植物蜡主要来源于落叶植物和木本植物. 华北沿海特大沙尘期的植物蜡83.3%为C₃植物的贡献, 非沙尘期C₃植物对植物蜡的贡献可占80.0%, 表明现代气候环境下, 东亚沙尘向中国近海及西北太平洋输送的植物蜡主要源于C₃植物. 长链正构烷烃的分子和分子-同位素组成可作为东亚沙尘及西北太平洋沉积物中陆源有机质物源识别的有效指标.     

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.     

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.     

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.     

茂名与江汉第三系油页岩中生物标志物碳同位素研究

通过对中国典型的淡水湖相（茂名）和盐水湖相沉积环境（江汉）岩样的生物标志化合物单体碳同位素数据的分析,探讨了产生两环境化合物的来源和沉积环境．研究发现茂名油页岩中姥鲛烷和植烧来源于叶绿素α的植基侧链,含量高的4－甲基甾烷通过与藿烷和甾烷的同位素对比,推测其源与细菌有关．江汉油页岩中的化合物明显不同于茂名油页岩,伽马蜡烷(Gammacerane)来源于喜盐的原生生物,δ¹³C值为－25‰左右,与报道的值一致．植烷和姥鲛烷与来源于浮游植物的甾烷及4－甲基甾烷接近,说明其三者均来源于浮游藻类．报道了卟啉化合物的GC-IRMS 碳同位素测定方法及中国样品中的卟啉碳同位素值．江汉盆地的DPEP,etio δ¹³C值相似,来自于叶绿素．而茂名油页岩中etio和C₃₁DPEP较C₃₂DPEP轻,说明C₃₁DPEP来源于叶绿素a,而etio和C₃₁DPEP有别的来源．     

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.     

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。     

成壤钙结核孔隙和基质碳酸盐碳同位素对比及其对碳酸盐成因的指示意义

成壤碳酸盐碳同位素常被用于古环境研究, 而原生碳酸盐的干扰会使其碳同位素值发生改变. 为了建立判定成壤钙结核中是否存在原生碳酸盐的实验方法, 对黄土高原地区中新世黄土中23个成壤钙结核孔隙和基质部位进行了微形态鉴定和碳酸盐碳同位素测试. 结果表明, 同一个钙结核基质(B)与孔隙(A)碳酸盐碳同位素差值(δ¹³C_(B–A))范围为−0.16‰~0.44‰, 其中基质中含原生碳酸盐的钙结核的δ¹³C_(B-A)值范围为0.27‰~0.44‰, 大于测量误差(±0.2‰), 而不含原生碳酸盐的钙结核的δ¹³C_(B-A)值范围为−0.16‰~0.13‰, 在测量误差之内. 由此, 得到利用碳同位素手段判断黄土钙结核中是否含有原生碳酸盐的简便方法, 将δ¹³C_(B-A)的值在测量误差之内作为判断钙结核中不含原生碳酸盐的碳同位素标准.     

柴达木盆地西部新生代盐湖相烃源岩中高支链类异戊二烯烃(C25HBI)的检出及其地质地球化学意义

发育于盐湖相环境的柴达木盆地西部第三系渐新统下干柴沟组是该盆地西部地区的主力烃源岩层. 在该组上段沉积有机质中检出了硅藻的特征性生物标志化合物——含25 个碳原子的高支链类异戊二烯烃(C₂₅HBI), 该化合物的检出对于揭示区域沉积有机质发育的生物地球化学背景具有重要意义. 研究结果表明, 柴达木盆地西部地区下干柴沟组上段烃源岩中的C₂₅HBI 碳同位素值介于-18‰到-20‰之间, 为典型硅藻生源特征. 由于沉积环境中硅藻生长在大量消耗水体溶解CO₂ 的同时, 必须利用无机碳酸盐碳才能维持其快速繁殖, 硅藻勃发代表了水体环境富营养、高生产率特征, 因此富重碳同位素C₂₅HBI 在沉积有机质中的检出有可能成为该地区优质烃源层发育的标志之一. 同时, 由于硅藻发育环境水体溶解CO₂处于胁迫状态, 将导致沉积有机质总体以富集¹³C 为特征, 可能是造成该地区第三系沉积有机质碳同位素偏重的原因之一. 作为该套烃源岩沉积有机质的生源之一, 硅藻生源高碳数正构烷烃(>n-C₂₅)具有无碳优势分布的特点, 使得该地区高碳数正构烷烃的生源和成因复杂化,在烃源岩有机质评价时应引起重视.     

鼎湖山季风常绿阔叶林土壤CO2气体碳同位素组成、更新特征及来源比例

给出了雨季(7月)鼎湖山季风常绿阔叶林两个土壤剖面(DHLS和DHS)中CO₂气体的碳同位素组成和更新特征, 探讨了土壤CO²气体的来源比例. 结果表明: 该林区土壤CO₂气体含量变化范围为6120~18718 μL•L⁻¹, 随深度增加而增大, 75 cm以下则逐渐减少. 在DHLS剖面, 土壤CO₂气体的δ¹³C值的变化范围为−24.71‰~−24.03‰, 与同层位气体含量呈显著负相关(R²=0.91), 模拟结果显示该剖面中的CO₂气体主要来源于根系呼吸作用(>80%); 而在DHS剖面, 土壤CO₂气体的δ¹³C值变化范围为−25.19‰~−22.82‰, 模拟结果显示除表层(20 cm)90%来源于根系呼吸作用外, 深部(40~105 cm)主要来源于微生物的分解作用(51%~94%). ¹⁴C年龄显示, DHLS和DHS剖面中土壤CO₂气体中的碳均为现代碳, ¹⁴C年龄之间最大差值分别为8和14个月, DHLS剖面中土壤CO₂气体更新速率较快. 在DHLS和DHS剖面中, 土壤CO₂气体?¹⁴C值的变化范围分别为100.0‰~107.2‰和102.5‰~112.1‰, 高于现代大气CO₂和同层位土壤有机碳的?¹⁴C值, 土壤CO₂气体可能是大气核爆¹⁴C的一个重要储库.     

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.     

贡嘎山东坡植物和土壤有机质的δ13C差异

通过对贡嘎山东坡地表植被、凋落物、土壤有机质δ¹³C值的分析, 结果显示贡嘎山东坡地表植被、凋落物、0~5, 5~10和10~20 cm土壤有机质的δ¹³C值均随海拔的升高先减小后增大, 即从海拔1200~2100 m, δ¹³C值逐渐变小, 从2100~4500 m, δ¹³C值则逐渐变大. 植被、凋落物和土壤有机质δ¹³C值沿海拔高度的这种变化是与C3, C4植物的分布有关, C4植物仅仅生长于海拔高度低于2100 m的环境中, 而C3在所有海拔都存在. 植被、凋落物和土壤有机质三者间的δ¹³C有显著的正相关, 凋落物、0~5 cm层、5~10 cm层和10~20 cm土壤有机质δ¹³C较植被分别平均偏正0.56‰, 2.87‰, 3.04‰和3.49‰. 在综合考虑工业革命以来大气CO₂浓度和δ¹³C值变化对植物同位素的影响后, 我们认为1.57‰可能是利用古土壤有机质δ¹³C进行古生态重建时应该考虑的最小修正值.     

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.     

应用GC-IRMS技术测定气源岩热解产物中轻烃的碳同位素组成

采用玻璃管真空热解方法，并结合色谱／同位素比值质谱(GC-IRMS) 技术对气源岩热解产物中轻烃碳同位素进行测定．热解产物中大量CO₂的存在对CH4碳同位素组成的测定具有明显干扰，初始温度设为－40℃能够有效排除CO₂对δ¹³C_CH4测定的影响；另外，加大进样量（二次进样）或通过NaOH溶液吸收CO₂有助于C₂₊轻烃组分δ¹³C的测定．通过采取上述措施可以获得热解产物中 C₁~C₇轻烃的碳同位素组成，对气／源对比以及天然气成因的研究具有重要的意义．     

食物控制的陆生蜗牛碳同位素组成

陆生蜗牛壳体化石碳酸盐(文石, CaCO₃)稳定碳同位素组成已被用于解释过去古植被C₃/C₄光合作用类型的变化, 但是蜗牛壳体碳同位素组成是否取决于其食物碳同位素组成一直是争议的问题. 对黄土高原等地现生蜗牛软体躯干有机碳和壳体文石无机碳同位素组成测量表明, 壳体文石无机碳同位素δ¹³C_a分布范围为-13.1‰ ~ -4.3‰; 对应的软体躯干有机碳同位素δ¹³Corg分布范围为-26.8‰ ~ -18.0‰, 两者之间存在显著的相关关系(δ¹³C_a = 1.021 δ¹³C_org + 14.38; R = 0.965; N = 31), 壳体文石¹³C相对于躯干平均富集(14.2 ± 0.8)‰. 由于蜗牛软体和食物碳同位素组成一致, 这样结果表明黄土高原陆生蜗牛壳体碳同位素组成可以反映其食物的同位素特征和潜在生态背景. 进而认为: (1)蜗牛碳酸盐壳体中的碳主要来自于蜗牛代谢(呼吸)作用产生的CO₂; (2) 蜗牛休眠、壳体封闭时期壳内CO₂与体液HCO₃^-之间碳同位素处于平衡分馏状态; 蜗牛活动时期CO₂的释放, 壳体文石形成, 碳同位素动力分馏作用发生, 导致壳体文石¹³C富集程度显著高于同位素平衡分馏值.     

陇西黄土高原末次冰期有机碳同位素变化及其意义

利用陇西黄土高原西南部高分辨率(100年间隔)的塬堡黄土剖面, 讨论了末次冰期有机碳同位素变化的控制因素. 结果发现, 该区域末次冰期以来有机碳同位素变化于&#8722;22.6‰ ~ &#8722;27.5‰之间. 与黄土高原东部地区不同, 研究区末次间冰段有机碳显著偏负于早晚末次冰期, 偏负达4‰. 末次冰期有机碳同位素指示了纯C₃植物对温度、降水和大气CO2浓度变化的耦合响应. 从末次冰期间冰段到盛冰期, 降温和大气CO₂浓度减少导致有机碳同位素偏正1.5‰ ~ 2.0‰, 塬堡剖面末次冰期有机碳同位素变化主要记录了季风降水的大幅度变化, 可以用来重建古降水, 估算出间冰段降水比盛冰期偏多250~310 mm, 比早末次冰期高出100 mm. 我们的研究还发现, 塬堡黄土剖面末次冰期有机碳同位素的波动可能记录了千年尺度季风降水的快速变化. 同时, 黄土高原有机碳同位素变化相当复杂, 不能简单将有机碳同位素变化归结成C₃/C₄丰度变化而用来指示夏季风强弱.     

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.     

南海北部MD05-2904沉积柱状样26万年以来表层海水温度及陆源生物标记物记录

对南海北部MD05-2904沉积柱状样26万年以来的高分辨率分子有机地球化学记录进行报道. 通过U^k’₃₇方法所获取的古表层海水温度(SST), 最低21.5℃(MIS 2), 最高达28.3℃ (MIS5.5期), 是目前南海北部时间最长、分辨率最高的古温度记录. 烷烃总量及其堆积速率和烷烃参数碳优势指数(CPI)、平均链长(ACL)和C₃₁/C₂₇比值都具有明显的冰期高、间冰期低的趋势. 烷烃总量及其堆积速率的变化揭示陆源输入物质主要由海平面变化控制: 冰期时, 海平面下降, 陆架出露, 河流输送到陆坡的陆源物质增加; 间冰期时则情况相反. 烷烃参数CPI显示, 冰期时本区沉积的烷烃更能反映当时植被特征, ACL和C₃₁/C₂₇指示冰期时烷烃源区植被中草本含量增加, 间冰期时草本含量降低. MIS 3后期烷烃总量, CPI, ACL及C₃₁/C₂₇比值几个参数均出现最高值, 显示这是一个特殊时期, 最有可能是此时东亚夏季风增强, 使得南海北部陆地区比较潮湿, 植被茂盛引起.     

西藏吉隆盆地的植被生态类型及其在哺乳动物牙齿釉质稳定碳同位素组成上的响应

通过对西藏吉隆盆地现代草本植物的碳同位素分析, 表明在海拔4000 m的区域以C₃植物占绝对优势, 但仍然有极少量的C₄植物存在. 吉隆盆地发现的C₄植物为藜科的尼泊尔猪毛菜(Salsola nepalensis)和禾本科的白草(Pennisetum flaccidum)两个种, 这一结果显示受强烈光照条件影响的C₄植物确实能分布在高海拔的地区, 是对高海拔区域可以生存C₄植物观点的支持. 对吉隆盆地食草哺乳动物牙齿釉质的同位素分析表明, 生物磷灰石中结构碳酸盐的碳同位素组成在高海拔的地区仍然保持与取食植物的碳同位素组成呈稳定的富集关系, 因此是反映植被生态类型和气候环境特征的精确代用性指标.     

沉积物的单体异构和环烷烃碳同位素研究

对抚顺油页岩中异构和环烷烃进行了分离, 研究了单体碳同位素组成特征, 探讨了其生物地球化学意义. 结果表明, 使用5Å分子筛长时间冷络合的方法, 使其饱和烃中异构和环烷烃与正构烷烃完全分离, 满足了GC-IRMS的分析要求. 异构和环烷烃单体碳同位素组成指示了它们主要来自养光合藻类、化学自养细菌(δ¹³C值为&#8722;33.4‰~&#8722;39.0‰)和甲烷自养细菌(δ¹³C值为&#8722;38.4‰~&#8722;46.3‰), 只有高碳数2-甲基-异构烷烃δ¹³C值反映了高等植物的成因. C₃₀ 4-甲基甾烷碳同位素组成最重(δ¹³C值为&#8722;22.4‰), 表明其先质甲藻所利用的碳源或生长条件有所不同. 藿烷异构体之间δ¹³C值的变化规律说明它们异构化过程中富集¹³C的先质优先被异构化. 对甲烷自养细菌成因藿烷的认识揭示了有机质的生物地球化学强烈改造作用和有机碳的循环过程.