工业革命以来大气CO_2浓度不断增加的树轮稳定碳同位素证据

树轮稳定碳同位素研究已被广泛用于探讨古气侯波动、大气圈过去CO_2水平,以及全球碳循环.我国对这一领域的研究几乎还是一个空白.本文对采自我国黄土高原上的两棵油松年轮进行了δ~(13)C分析,探讨了工业革命以来大气CO_2碳同位素组成的变化对树轮δ~(13)C的影响.     

黄土高原现代植被花粉稳定同位素基本特征

中国黄土地层的稳定同位素特征与黄土高原气候环境特征的关系前人已做过一些工作,并取得了一些很好的成果.耿安松等指出黄土地层中碳酸盐的δ~(13)值越低显示生物活动越强气候越温湿,反之气候越冷干生物活动越弱则碳酸盐的δ~(13)C值越高,可以用做古气候代用指标.魏明建等做出了较详细的碳酸盐碳、氧同位素序列,其中δ~(13)C序列可与深海沉积同位素气候曲线对比,与磁化率、全氧化铁气候曲线的波动一致,表明是一种较好的气候指标.同时指出:由于其易迁移所以时间分辨率较低,且记录的气候变化超前于其他指标.谭桂声等研究了钙质结核碳、氧同位素组成,认为δ~(13)C主要指示古土壤发育时的环境降水量,δ~(18)O指示土壤发育时的环境温度,δ~(13)C-δ~(18)O直线指示控制古土壤形成环境的古夏季风风场.     

贵州草海地区最近8ka的气候变化

泥炭纤维素δ~(13)C和δ~(18)O可以分别作为湿度和气温变化的代用指标。对于泥炭档案,我国学者主要以孢粉分析法推演过去气候的变化,这里,我们提供一个亚热带亚高山季风气候区泥炭纤维素碳、氧同位素对气候变化的记录。     

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.     

南海南部近百万年来钙质超微化石氧、碳同位素记录

对南海南部ODP1143站近百万年来钙质超微化石进行了氧，碳同位素分析，结果表明，超微化石δ^18O比值与浮游有孔虫和底栖有孔虫δ^18O比值呈同步变化，但超微化石δ18^18O值较浮游有孔虫δ^18O值平均高1.869‰，比底栖有孔虫δ^18O值平均低3.855‰，超微化石δ^13C值与浮游有孔虫和底栖有孔虫δ^13C值之间相关性不明显，三者存在系统差异，超微化石δ^13 C值要比底栖有孔虫δ^13C值平均高0.76‰，比浮游有孔虫δ^13C值低0.460‰。在氧同位素14-8期之间，超微化石δ^13C值有一明显的高值段，另外，本次研究还发现超微化石δ^13C值变化与Florisphaera profunda百分含量有很好的对应关系，指示超微化石δ^13C值可以作为表层海水古生产力变化的标志。     

皖苏地区幔源物质的氧同位素组成

氧同位素组成对于了解岩石成因、地幔不均一性和壳-幔相互作用等具有重要意义。国外对幔源物质的δ~(18)O作了大量测定,揭示了地幔δ~(18)O的不均一性,玄武岩的高、低δ~(18)O的地幔源区,以及扩δ~(18)O和Nd,Sr,Pb同位素组成的协变性等。国内研究报道甚少,与Sr,Nd,Pb同位素和REE等痕量元素地球化学研究相比较,存在明显差异。本文报道皖苏地区新生代大陆玄武岩、幔源橄榄岩包体、单斜辉石和歪长石巨晶捕虏体的δ~(18)O,并讨论其地球化学意义。     

中元古代雾迷山组碳酸盐岩碳和氧同位素组成及海平面变化

北京十三陵地区雾迷山组(1310～1207 Ma)白云岩的δ13C数值范围从-1.5‰～1.5‰ (PDB),δ18O数值范围一般为-4‰～-5‰ (PDB).它们碳同位素组成具有旋回性变化的特征.δ13C从地层层序的边界发生正偏移,至1.5‰(PDB),然后发生负偏移至-1.5‰(PDB).有时,在δ13C为负值的层段δ18O数值较高,约为-4.0‰(PDB).碳、氧同位素组成的这种特征可能与海平面变化相关.     

我国煤成烃气的δ~(13)C-R_0关系

近十年来,我们在松辽、渤海湾、鄂尔多斯、四川、准噶尔、塔里木、楚雄、琼东南与东海9个盆地及14个煤矿,取了202个煤成气样,获得甲烷及其同系物的碳同位素(δ~(13)C_1、δ~(13)C_2、δ~(13)C_3和δ~(13)C_4)分析数据426个,从中选择出原生的煤成气,并对其可确定源岩成熟度(R_0)进行了测定。从这些资料,明显可见我国原生煤成烃气的δ~(13)C值随其源岩成熟度增加而增大的特征。     

75ka以来黄土高原蜗牛生长季节长度的变化

第四纪冰期-间冰期气候变化在年际尺度上是通过季节变化或季节长度的调整来实现的,如何揭示冰期-间冰期期间季节长度的变化,是深入探索气候变化过程和机制的新课题.蜗牛生长季节的壳体同位素具有记录季节性气候特征的潜力.通过对黄土高原不同气候区18个地点现生蜗牛组合中喜冷干种Pupillaaeoli(杂色虹蛹螺)和喜暖湿种Punctumorphana(显口多点螺)蜗牛壳体碳酸盐碳、氧同位素分析,揭示出P.aeoli蜗牛壳体δ13C值相对于P.orphana壳体偏负1.3±1.0‰,δ18O值偏正3.3±1.1‰;而且从黄土高原东部山西娘子关到西部青海官亭,随着生长季节长度(日均温≥10℃)由202±6d缩短为162±7d,冷、暖2种蜗牛壳体的δ13C差值和δ18O差值都逐渐减小,其中δ13C差值从东部的2.8‰减小到西部的0.2±1.1‰,δ18O差值从4.7‰减小到2.9±1.3‰.且2种蜗牛壳体δ13C差值每相差1‰,蜗牛生长季节相差约15d左右;δ18O差值每相差1‰,蜗牛生长季节相差约19d左右.进一步对西峰剖面75ka以来蜗牛壳体同位素分析显示,全新世中期(8～3ka),蜗牛壳体δ13C和δ18O的差值最大,分别为2.6±0.7‰和2.1±1.4‰;间冰段MIS3次之,为2.5±0.4‰和1.6±0.8‰;末次盛冰期最小,为0.2‰和0.4‰.推测全新世中期蜗牛生长季节长度约为200±10d,间冰段MIS3为190±6d左右,冰期时蜗牛生长季节长度约160±3d左右.     

中国西藏色龙二叠系-三叠系界线剖面的碳同位素特征及其意义

Magaritz等通过对南阿尔卑斯二叠系-三叠系界线(P/T)剖面δ~(13)C值变化研究认为,δ~(13)C值在P/T剖面上的变化是判断存在沉积间断的重要标准。他认为因煤山和上寺等P/T界线剖面的δ~(13)C值在界线附近的变化有明显的突然性,从P/T界线上下δ~(13)C值下降到恢复之间的间距太小(<2m),而认为这两个P/T界线剖面在界线附近存在沉积间断。我们通过研究西藏色龙P/T界线剖面的生物地层学和δ~(13)C值,以及对比现代海洋溶解无机碳的δ~(13)C的变化后认为,用扩δ~(13)C值在剖面中的分布特征是否渐变,以及其在剖面中下降-恢复的距离大小,来判别剖面的沉积记录完整性的观点,尚需进一步推敲。     

中国部分煤田发现的次生生物成因煤层气

在新集、李雅庄和恩洪地区发现次生生物成因煤层气,是中国煤层气的一种新的成因与资源类型．其基本特征为：组分以甲烷为主,C_1/C_(1-5)＞0.99,属于干气;δ~(13)C_1值为-61.7‰～-47.9‰,绝大部分＜-55‰,比该区煤岩所处热演化阶段(R_o值为0.87%～1.43%)所产热成因甲烷的δ~(13)C估算值低得多,显示甲烷具次生生物成因特征;δD_((CH)_4)值为-244‰～-196‰;δ~(13)C_2值为-26.7‰～-15.9‰,δ~(13)C_3值为-10.8‰～-25.3‰,重烃属热成因;CO_2含量极低,δ~(13)C值变化很大,反映出次生变化的特征;δ~(15)N_2值主要在-1‰～+1‰之间,指示N_2主要源于大气,而N_2与CH_4含量之间具良好的负相关线性关系,反映出含菌地表水渗入煤层的活动．综合示踪指标研究表明,研究区煤层气为以次生生物气为主,含有部分残留热成因气的混合气．煤层抬升和断裂发育为次生生物气的形成提供了良好条件．     

硅质岩中的硅同位素(δ~(30)Si)应用于沉积相分析的新尝试

应用碳(δ~(13)C)、氧(δ~(18)O)和硫(δ~(34)S)同位素研究沉积相和沉积环境已为人们所熟知,然而,对于作为构成沉积岩主要元素之一的硅的同位素研究还很罕见。硅元素有三种主要的稳定同位素,即~(28)Si(92.27％)、~(29)Si(4.68％)和~(30)Si(3.06％)。50年代以来,Renold和Verhoogen(1953)、Allenby(1956)和Tilles(1961)等就开始研究硅同位素;70年代以来,Epstein和Taylor(1970)、Epstein和Yeh(1977)以及Clayton等(1978,1986),还有     

喀纳斯湖植物残体碳同位素记录的温度波动

喀纳斯湖位于阿尔泰山脉南坡,区域森林植被茂盛,气候相对湿润.目前,阿尔泰山脉南坡的古温度记录主要来自于树轮宽度及短时间序列的树轮同位素,从结果来看,最近100多年来似乎没有表现出明显的增温趋势.在全球大部分地区(尤其是北半球中高纬度地区)普遍增温的情况下,是否这一区域因为某些特殊原因对全球气候变暖没有响应,抑或是该区域的树轮对长期趋势表现不明显?本文基于喀纳斯湖湖滨29 m水深处获得的81 cm岩芯,在陆生植物残体AMS ~(14)C定年的基础上,利用陆生C_3植物残体δ~(13)C序列经过大气CO_2浓度校正,探讨过去近600年区域温度对全球气候变化的响应.本文δ~(13)C序列很好地记录了阿尔泰山脉南坡对气候变暖的响应.19世纪前期以来温度在冷暖波动中持续上升;20世纪是近600年来最暖的一个世纪.这种温度变化特征与俄罗斯阿尔泰地区的冰芯、湖泊沉积物和树轮重建的温度记录以及周边地区的温度记录表现出比较一致的趋势,与北半球中高纬度地区多代用指标集成重建温度也表现出很好的一致性.此外,岩芯顶部的δ~(13)C序列表现出降温的趋势,这与近十几年来北半球许多地区出现的增温停滞现象以及喀纳斯湖邻近气象站的器测资料中表现明显的降温趋势相互印证.     

南极洲伊利莎白公主地区冰雪中δ18O, Cl-, NO-3, Na+和Ca2+年层效应初探

对 1996～ 1997年中国首次南极内陆冰盖考察获得的南极洲伊利莎白公主地区 2个雪坑及 5 0m雪芯样品的阴离子、阳离子和δ18O进行对比分析 ,结果表明 ,在浅层雪坑内 ,Cl-和Na+的浓度变化与δ18O的变化异相 ;NO-3 的浓度变化和δ18O的变化同相 .这些变化呈现明显的季节波动 ,反映出良好的年层效应 .随着深度的增加 ,δ18O的年层效应在 3m左右 (约 10a)逐渐被平滑 ;Cl-,NO-3 和Na+则在 5 0m雪芯范围内 (约 2 5 0a)保持了较清晰的季节变化层 ,这为本区冰盖时间序列的建立提供了重要依据 .与此相反的是 ,无论在雪坑内还是在雪芯中 ,陆盐离子Ca2 +均不具有明显的年层效应 .     

南极冰盖表面过量氘的分布特征

寒冷地区冰雪中稳定同位素比率δ~(18)O和δD的分析是恢复古气候记录的最有效手段之一.近年来与δ~(18)O和δD有关的另一个量值——过量氘(exD)也越来越受到重视,因为exD可提供水汽源区的某些信息.对东南极冰盖过去虽曾有过exD分布的研究,但资料主要取自靠近海岸一些站点.本文根据沿“1990年国际横穿南极考察队”路线表面雪样稳定同位素比率测定结果,对南极冰盖表面exD的分布特征予以介绍,并对其意义给予初步解释.     

西藏喜马拉雅冷杉年轮δ13C与气候意义

对采自青藏高原东南部林芝地区的喜马拉雅冷杉进行交叉定年后,分析了喜马拉雅冷杉年轮δ13C序列与气候要素之间的关系.去除大气CO2浓度升高导致大气CO2中δ13C下降和生长趋势的影响后,建立树轮δ13C值的残差序列△13C.利用附近林芝气象站的气象资料,分析了树轮△13C序列对气候要素的响应.结果表明: 冷杉δ13C的高频振荡与该地区前一年的9～11月降水和相对湿度存在较好的相关性,并存在强的滞后效应.通过建立回归方程重建了该区域的秋季(9～11)月相对湿度序列,解释方差达37.9%.重建相对湿度序列表明1800年前相对湿度变化周期较短、变幅较小,1800～2000年则相反.     

PO_4~■—H_2O(l.)古海洋地质温标的推算

尤莱等人曾建立了 CO_3~=—H_2O(l.)的古海洋地质温标。麦克利曾对该温标作了精确的推算,并在恒温槽中用海水沉淀无机碳酸盐的方法加以验证。尤莱等人曾指出也许可能建立一种类似的、基于 O~(18)与 O~(16)交换的 PO_4~■—H_2O(l.)古海洋地质温标。它的交换反应如下,     

鄂霍次克海东南部180ka BP以来底栖有孔虫δ~(13)C轻值事件

对鄂霍次克海东南部OS03-1岩芯180 ka BP以来底栖有孔虫内生种Uvigerina spp.进行了稳定氧碳同位素分析,发现了112~109 ka BP(Ⅵ),102~90 ka BP(Ⅴ),85~76 ka BP(Ⅳ),57~54 ka BP(Ⅲ),44~40 ka BP(Ⅱ)和17~10 ka BP(Ⅰ)的6次δ13C轻值事件,其中发生于102~90 ka BP的轻值事件Ⅴ中的δ13C降幅最大,达到了2.5‰,其他事件中均达到1‰以上.研究认为,这些δ13C轻值事件可能由表层生产力增高、鄂霍次克海中层水形成减弱、最低含氧带加强等因素共同引起.古菌生物标志物结果表明,这些δ13C轻值事件没有受到天然气水合物分解和甲烷气体释放的影响.     

2 ka来苏干湖沉积碳酸盐稳定同位素记录的气候变化

选择位于柴达木盆地北缘的苏干湖作为研究对象. 利用²¹⁰Pb, AMS ¹⁴C以及常规¹⁴C等测年手段, 建立了苏干湖沉积岩芯2 ka以来的时间序列. 对湖泊沉积细颗粒中的碳酸盐进行碳、氧同位素分析. 结合流域地表水δ¹⁸O值的变化以及气温观测资料, 认为碳酸盐δ¹⁸O值指示了流域有效湿度的变化; δ¹³C值的变化与湖泊年内冰封湖面时期的长短有关, 间接指示了区域冬半年气温的变化. 在此基础上, 建立了2 ka来苏干湖地区气候变化序列, 其气候变化过程经历了5个阶段: 0~190 AD, 暖干; 190~580 AD, 冷干; 580~1200 AD(MWP), 暖干; 1200~1880 AD(LIA), 冷湿; 1880~1950 AD期间为冷干气候, 20世纪50年代以来, 气候变暖. 碳同位素反映的2 ka以来冬半年气温的变化与历史文献记录以及其他地质记录有很好的一致性, 表明苏干湖同位素记录的2 ka来气候变化具有普遍意义.     

同位素取代水混合液的红外吸收光谱

作者之二曾研究了四种同位素取代水H_2~(16)O,D_2~(16)O,H_2~(18)O,D_2~(18)O的红外吸收光谱,今进一步对四对(1:1)同位素水的混合液,即H_2~(16)O+H_2~(18)O,D_2~(16)O+D_2~(16)O,H_2~(16)O+D_2~(16)OH_2~(18)O+D_2~(16)O进行红外光谱的实验。后两种混合液由于同位素交换反应,有下列平衡存在: