南阳盆地PETM事件的高分辨率碳同位素记录

PETM事件是发生在古新世-始新世界线附近、由大量甲烷注入大气圈引发的全球快速增温事件. 生物地层和同位素地层研究表明, 南阳盆地玉皇顶剖面的湖相泥灰岩沉积完整地记录了PETM事件, 其δ¹³C值负偏幅度达6.1‰, 是迄今为止世界上分辨率最高的PETM记录. 记录显示, PETM事件在2 cm厚的泥灰岩沉积中触发, 其δ¹³C值由−3.2‰迅速降低到−5.2‰, 表明大量甲烷在极短时间内释放出来, 其原因很可能同灾难性地质事件有关. 全球记录对比表明, PETM事件可以概括为三阶段模式: δ¹³C值的快速负偏、继续缓慢负偏和逐渐回返, 分别对应于甲烷的快速释放、继续缓慢释放和逐渐消耗.     

南海20万年来的碳同位素记录

根据南海8个站位浮游有孔虫δ¹³C的汇总, 得出近20万年来的综合曲线, 经过对比发现其变化与太平洋和大西洋的浮游有孔虫δ¹³C变化的规律一致, 均显示出偏心率长周期和岁差周期的变化, 而三次δ¹³C最低值均发生在冰消期. 可见大洋碳储库在冰期旋回中的变化, 不仅是对于冰盖消长的响应, 同时又直接受低纬过程(如季风)的驱动.     

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.     

化石稳定碳同位素记录的中国华北第四纪陆地生态系统演变

分析了采自中国华北地区11个第四纪地点共70个哺乳动物牙齿釉质样品的碳同位素组成,结果表明中国华北第四纪陆地生态系统中以C3植物占优势,与纬度相当的巴基斯坦以C4植物占绝对统治地位的情况完全不同。这一巨大差异是由于青藏高原的隆升引起的,模拟结果显示高原北侧将发生显著的温度下降,同时期南侧的温度将上升。南侧的升温使C4植物在巴基斯坦取代了C3植物;而北侧,高原上升引起的温度下降抑制了C4植物的分布,所以直到现代,中国华北地区仍然以C3植物占优势。     

上新世红黏土的碳同位素记录与青藏高原隆升的关系

西峰上新世红黏土剖面成土碳酸盐的碳同位素记录显示δ^13C值有较大幅度的变化,大约从4．4MaBP开始,C4植被逐渐增加,在4．0－3．0MaBP期间相对,本地区C4植被增加的时间和表现方式与世界上其他地区有明显的差异,表明了区域性的驱动因子对C4植被的增加起主导作用,C4植物的增加与西峰红土粒度和北太平洋粉尘记录反映的亚洲干旱化程度加强的时期具有高度一致性,这表明C4植被的增加可能是上新世我国北方干旱化发展的结果,后者可能与青藏高原在此时期的强烈隆升有关。     

7.3～1.9Ma期间中国黄土高原碳同位素记录与古季风气候

成土碳酸盐同位素对重建古气候、古生态的演化有重要意义,近些年来用它来讨论古季风的演化。其原因在于不同类型光合作用途径的植被使碳同位素产生不同的分馏作用,C4植物富集~(13)C,而C3植物则相对富集~(12)C,成土碳酸盐扩δ~(13)C值主要反映C4和C3植被的生物量之比。C4与C3草本植物相比,前者更适合季风气候湿热的季节中生长。温带草原中,较早生长的C3草本植物在夏季时往往让位于C4草本植被,于是C4植被就成为盛行季风气候的标志,它反映了亚洲季风的开始或增强。此外,15 Ma以来冬雨盛行的地中海气候带C3植被始终占统治地位。由此可见,C4植被草原扩展时的成土碳酸盐δ~(13)C是讨论季风气候演化的有效方法。     

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。     

南京汤山石笋高分辨率氧-碳同位素记录对气候事件的快速响应

根据南京汤山石笋高分辨率氧－碳同位素分析结果,讨论了50－40kaBP期间4个Dansgaard-Oeschger冷暖旋回的洞穴温度和地表植被的快速响应过程。研究发现,D－O暖事件时C3型植被丰度降低,指示了大气有效降水量的减少。石笋氧同位素曲线与格陵兰冰芯对比表明,东亚季风气候在数十年至百年尺度上与高纬极地气修变化基本一致,但石笋对冰漂碎屑事件H5标定的年龄比格陵兰冰芯提前20ka,由于定年方法不同,目前尚难确定两者气候事件的相位问题。     

长白山不同功能群植物碳同位素及其对水分利用效率的指示

由于植物碳同位素综合反映了植物光合作用过程中C, H₂O交换的信息, 因此从理论上讲它们可以作为植物功能特征的潜在指标. 尽管前人的调查已经对这一假设进行了验证, 但相关的证据还较少, 我们需要进行更多、更广泛的调查来证实这一假设. 本文通过对湿润的寒温带气候区中国长白山不同功能群植物叶片(乔木、灌木与草本; 常绿植物与落叶植物; 一年生草本、二年生草本与多年生草本)的碳同位素测定, 发现不同生活型植物的碳同位素组成有显著差别, 从而进一步证实了植物δ¹³C值可以作为划分植物功能群潜在指标的假设. 另外, 我们的结果还指示不同生活型植物的水分利用效率也存在明显差别. 不同功能群植物的δ¹³C值以及碳同位素指示的水分利用效率呈以下趋势: 草本<灌木<乔木. 同一生活型中, 常绿灌木的δ¹³C值和以及它指示的水分利用效率显著大于落叶灌木. 不同寿命的草本植物δ¹³C值也具有显著的差异, 一年生草本>二年生草本>多年生草本, 与前人在沙漠地区研究的结果(一年生植物的δ¹³C值低于多年生植物)不一致, 这表明不同寿命草本植物之间的δ¹³C值和水分利用效率的变化趋势可能与当地水分条件有关.     

湖泊沉积物Sr同位素记录的小冰期

通过对内蒙古岱海近0.5ka以来沉积物中酸不溶物（AI）和清液（AS）^87Sr/^86Sr值的分别测定。结合其矿物组合，Rb/Sr值及CaCO3含量变化，表明小冰期以来岱海流域处于硅酸盐矿物早期风化阶段，在小冰期最盛期，沉积物中的硅酸盐和碳酸盐矿物的^87Sr/^86Sr值均呈明显峰值，反映流域经历的不利于硅酸盐中放射成因Sr溶出的寒冷气候环境，同时，不同矿物相的^87Sr/^86Sr值变化也展示了小冰期后有助于化学风化的增暖气候，因此，内陆湖泊沉积物的硅酸盐和碳酸盐矿物的^87Sr/^86Sr值可作为古气候环境变化的有效代用指标。     

南海北部深海沉积元素记录的氧同位素3期以来千年尺度快速气候波动

对南海北部MD05-2903岩芯进行的高分辨率元素含量测试发现,K/Ti值可较完整、细致地揭示出氧同位素3期(MIS 3)以来的千年尺度快速气候变化,应是目前从南海深海沉积中获得的该时期分辨率最高、千年尺度气候变化信号最强的古气候记录.与高纬极地冰芯及北半球中-低纬石笋氧同位素记录的对比发现,MD05-2903岩芯K/Ti值具有类似锯齿状的气候变化特征.粒度分析发现,K/Ti值与细端元粒度组分含量同步变化;矿物成分测试表明,富K的伊利石含量在K/Ti峰值处明显比低值处增高,含Ti重矿物的含量变化则相反.因此认为,在千年尺度上,K/Ti值反映了以伊利石为主的富K细粒风化矿物和含Ti重矿物在冰阶和间冰阶对南海北部的输入及沉积变化,而这受到了东亚季风变迁带来的降雨变化,以及随之引起的陆地母岩风化产物剥蚀程度及河流搬运能力变化的控制.     

塬堡黄土剖面末次间冰期古土壤有机质碳同位素记录的夏季风演化历史

对黄土高原西部地区甘肃临夏塬堡剖面的末次间冰期古土壤有机质碳同位素分析发现，该地区在末次间冰期经历了5次夏季风增强事件，这些事件在古土壤地层、孢粉记录、磁化率以及古土壤有机质碳同位素组成上都有相应的反映。当夏季风增强时，有机质的δ^13C值和磁化率都相应增大。由于夏季风的增强引起当时地表植被类型发生变化，导致古土壤中有机质δ^13C值发生变化，故古土壤中有机质碳同位素组成是记录夏季风变化的良好指标。在这5次夏季风增强事件当中，第1，2，5次夏季风是以较平滑的方式到达其极盛期的，而第3，4次则是在到达极盛期之前经历了一个较小的寒冷事件。这5个夏季风增强事件的形成机制并非都是一样的，这说明了影响全球气候变化系统各种因素的复杂性。     

广西桂林垌村上泥盆统碳同位素正偏移与全球一致性的记录

目前的研究显示, 欧、美等大陆晚泥盆世地层中普遍存在碳同位素δ¹³C的正偏移, 这种偏移已被推测为全球海洋有机碳埋藏速率快速增加的结果, 并与晚泥盆世弗拉阶(Frasnian)-法门阶(Famennian)之交发生的生物集群灭绝事件(简称F-F事件)密切相关. 华南上泥盆统是研究F-F事件理想地层之一, 其中是否存在δ¹³C正偏移, 直接关系到全球范围内是否存在与F-F事件有关的有机碳埋藏增强的问题.对广西桂林垌村具有生物地层控制的晚泥盆世剖面进行了高分辨率的碳酸盐稳定同位素分析, 结果表明: δ¹³C在F-F转换时期总体呈逐步增加趋势, 这种趋势由两次明显的d13C正偏移组成: 第1次正偏移出现在linguiformis带的底界, δ¹³C增加幅度达1.5‰; 第2次正偏移出现在triangularis/linguiformis带(F-F)的界线, 增幅达2.1‰. 与世界其他地区的同位素记录对比发现, 在生物地层时限上, 垌村剖面第1次出现的δ¹³C正偏移较晚, 而发生在F-F界线的第2次正偏移, 无论在生物地层上还是在变化幅度上都是基本一致的, 支持F-F时期全球性的有机碳埋藏增强的观点.     

黄土中CaCO3含量及其Sr同位素组成变化与古气候波动记录

陕西洛川黑木沟黄土剖面中碳酸盐的＾８７Ｓｒ／＾８６Ｓｒ比值从０．７１０４变化到０．７１２０,其中古土壤碳酸盐的Ｓｒ同位素比值一般比黄土的高,在剖面上Ｓｒ同位素比值的变化显示人们所熟悉的１００ｋａ左右的冰期－间冰期循环周期,而且与同时期古海不的Ｓｒ同位素组成变化相似,这一研究结果说明黄土中碳酸盐的Ｓｒ同位素组成变化可以指示风化程度和古气候的变化,古海水Ｓｒ同位纱组成的周期变动主要是大陆地壳物质同化作     

核合成的氙同位素记录及早期太阳系

本文采用逐步加热法测定了阿伦德(C3V)碳质球粒陨石中两个硫化铁单矿物样品的氙同位素丰度,其中一个样品中利用~(130)Te(n,γ,2β~-)~(131r)Xe核反应形成了一定量的示踪氙同位素以监测样品气体的释放.硫化铁在950℃熔化时,释放出大量的地球型氙Xe-T。示踪同位素~(131r)Xe与地球型氙Xe-T同时在这一温度释放,这证实了阿伦德碳质球粒陨石形成时摄取的氙确是地球型氙。地球型氙还出现于地球与火星的大气中、太阳上以及各类陨石的硫化物相中。这些结果意味着地球型氙处于原行星星云的中心富硫铁区域,它们向太阳系形成的主流假说提出了挑战。行星系统形成于不均一的超新星碎片的模式可以解释:(1)大尺度元素和同位素不均一性及短半衰期放射性同位素的衰变子体(如~(26)Al,~(107)Pd及~(129)I);(2)陨石中另外几个元素的镜像(+和-)同位素异常;(3)目前已经证实的另一个行星系统——围绕脉冲星PSR1257+12沿轨道运行的3颗行星。     

C3,C4植物和现代土壤中硅酸体碳同位素分析

对我国现代植物和表层土壤中植物硅酸体碳同位素分析表明：Ｃ３,Ｃ４植物硅酸体的碳同位素值与Ｃ３,Ｃ４植物的碳同位素值具很好的对位关系,植物硅酸体的碳同位素可以明确地区分出植物的光合作用途径．现代土壤中植物硅酸体碳同位素值的变化范围在－２３．８‰～２８ ‰左右,最高值分布在３４°～４０°Ｎ的华北和华东地区,最低值分布在我国的东北和华南地区．随着纬度的增加碳同位素值为低→高→低的趋势．在大致相同的纬度地区,采自林下草丛土壤中的硅酸体碳同位素明显低于没有树木生长的草地土壤样品,两者相差 １‰～２‰左右．     

C3,C4植物和现代土壤中硅酸体碳同位素分析

对我国现代植物和表层土壤中植物硅酸体碳同位素分析表明：Ｃ３,Ｃ４植物硅酸体的碳同位素素值与Ｃ３,Ｃ４植物的碳同位素值具很好的对位关系,植物硅酸体的碳同位素可以明确地区分出植物的光合作用途径。     

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.     

树轮稳定碳同位素的研究现状及前景

本文系统地介绍了树轮碳同位素的分馏模型,综述了树轮碳同位素在大气参数、环境气候和水文上的研究进展。结果表明,树轮碳同位素反映了大气δ＾１３Ｃ和大气ＣＯ２浓度的变化,与温度、湿度、降水及河流径流量存在一定的相关关系;环境污染也可解释树轮碳同位素比率的变异。同时,对未来该领域的研究方向作了展望。     

甲烷碳同位素分布数理模型的探讨

对天然气甲烷碳同位素及源岩成岩演化的研究表明,甲烷碳同位素值与源岩中沉积有机质的埋深存在统计学上的线性关系。本文以成岩反应动力学、同位素瑞利分馏理论为基础,探讨了甲烷碳同位素值演化的内在规律,建立起一个数理模型来描述甲烷碳同位素值的演化规律,并用辽河盆地的实际资料对该模型进行了标定,获得了良好的效果。