现代陆生植物碳同位素组成对气候变化的响应研究进展

植物组织的碳同位素组成(δ13C)能够记录气候变化的信息,因而被作为指示气候环境变化的一个重要代用指标,并广泛应用于全球变化研究。然而,气候环境变化引起的现代植物δ13C及其指示的气候环境意义的不确定性限制了植物δ13C在气候环境变化等领域研究中的应用。在概述植物碳同位素分馏和不同光合型植物碳同位素分布的基础上,综述了温度、降水、大气CO2浓度和海拔高度等气候环境因子对陆生植物δ13C的影响以及它们之间的关系,分析了植物δ13C对气候因子变化的响应机理。指出为更准确地认识气候历史,在利用植物碳同位素技术进行全球变化的研究过程中,需要突出C4植物δ13C对气候环境参数的响应研究,加强不同尺度植物δ13C的转换关系以及与相关学科的交叉渗透、探索与多种代用指标和科学方法的联合研究。     

红原泥炭苔草的碳同位素组成与全新世季风变化

从红原泥炭中挑选出的单一植物残体——苔草纤维素的δ^13C时间序列是印度洋夏季风强度变化的敏感代用指标，它不仅请楚地指示了过去12000年印度洋夏季风数千年尺度上的变化历史，而义记录下了9次明显的季风突然减弱事件，它们可以与同时期北大西洋发生的冰川漂移碎屑沉积物事件一一对比。红原泥炭混合纤维素δ^13C时间序列也同样请楚地记录了过去12000年印度洋夏季风数千年尺度上的变化历史，对全球大范围的主要气候突然变化事件也有很好的响应。因此，泥炭混合纤维素δ^13C时间序列乃是一种很有实用价值的古气候代用记录。     

湖泊记录中的古气候和古环境指标及其地质灾害信息

笔者在简略论述反映古气候、古环境的多种代用指标的基础上，讨论其在揭示地质灾害信息方面的意义，并分析从中提取地质灾害信息的方法和思路。认为在沉积物粒度判别基础上， 沉积物表现出的较低δ^18O值，较低δ13C值和较低碳酸盐含量以及较高的有机质含量特征可能指示了地质灾害方面的信息。     

江汉平原江陵剖面有机碳含量、碳同位素和磁化率的古气候意义

湖泊中的有机碳及其同位素与磁化率指标广泛应用于古气候的重建,但由于各地自然条件的差异,其气候意义具有一定的区域性.对江汉平原江陵剖面沉积物中磁化率参数、总有机碳(TOC)、总氮(TN)及其碳同位素δ(13C)值影响因素与环境气候关系的研究结果表明:沉积物总有机碳(TOC)的变化与总氮(TN)呈正相关关系,而总有机碳(TOC)与同位素δ(13C)、磁化率值则呈负相关关系,其组合可以很好地反映江汉平原地区的环境演变.在暖湿期,沉积物中总有机碳、总氮较高,有机质的δ(13C)值偏负,磁化率偏低;反之,在凉干期,沉积物中总有机碳、总氮较低,有机质的δ(13C)值偏正,磁化率偏高.江汉平原地区6 000 a PB以来的古气候演化经历了3个阶段:即冷干-暖湿-凉干的变化过程.     

中国南方灯影峡期海洋碳酸盐岩原始δ^13C和δ^18O组成及海水温度

中国南方灯影峡期(晓前寒武纪)是白云岩广泛发育的海洋碳酸盐沉积时期．在灯影组中部发育从海水直接沉积、沉淀的原生白云岩。目前仍保留其原始组构特征。从40个原生白云石(岩)中测得：泥晶白云石的δ^13C值为‰,δ^18O值为-1.17‰（n=6);藻白云岩的δ^13C值为3.52‰,δ^18O值为-1.86‰（n=5);海水纤状白云石胶结物δ^13C值为2.90‰,δ^18O值为-2.65‰（n=8);海水刃状白云石胶结构的δ^13C值为2.96‰,δ^180值为-2.41‰(n=8);泥晶纹层和海水纤状白云石胶结物的δ^13C值为2.79‰,δ^18O值为-3.13‰。40个岩样的δ^13C平均值为3.25‰±0.44‰,δ^18O平均值为-2.12‰±0.98‰（均以PDB标准)。对于灯影峡期海相白云岩的原始δ^13C和δ^18O值,不采用所有样品的平均值．而是采用原生白云石沉积物与海水白云石胶结物δ^13C值和δ^18O值两个图示分布区重叠部分的最重同位素值,即δ^13C值为4.43‰（PDB标准）,δ^18O值为-0.62‰（PDB标准）,将其作为灯影峡期海洋碳酸盐岩的原始同位素组成。对海水原生白云石胶结物包裹体盐度进行了测定,海水δ^18O计算值为2.90‰（SMOW标准）,用原始δ^18O值计算的厚生白云石形成时的海水温度为408℃。这说明中国南方灯影峡期的海洋为走热的较高的海水温度环境。     

中国北方Ｃ３植物碳同位素组成与年均温度关系

本文对不同温度条件下生长的藜、独行菜、魁蓟和平车前4种常见的C3植物的δ^13C进行了分析，结果发现这4种C3植物的δ^13C组成都表现出随年均温度下降而变重的趋势，其中藜和独行菜的碳同位素组成对温度变化的响应相对要较其他两种植物强烈得多，同时还发现藜、独行菜和魁蓟的δ^13C组成与年均温度有显著线性相关，平车前碳同位素组成与年均温度 没有显著的相关性。表明藜、独行菜和魁蓟的 δ^13C组成可作为年均温度的替代性指标，平车前的δ^13C 组成不能作为年均温度的替代性指标。     

云南东部上新元古界-下寒武统地层碳同位素变化

云南东部上新元古界-下寒武统沉积序列中碳酸盐岩较多，本文研究的三条剖面上厚约500m，包括：东龙潭组、渔户村组及筇竹寺组底部，覆于海相冰水沉积之上，反映了从潮上蒸发至浅水相环境。已获得的δ^13C和δ^18O值显示出较大的变化范围，分别是-7．33～ 2．64(‰)和-14．98～ 0．78(‰)。依靠δ^13C测试，结合岩矿鉴定，发现梅树村震旦系．寒武系界线层型剖面岩石成岩作用中有改造现象。显然，δ^13C总的变化范围及变化模式比世界其它地区小，但却包含一个δ^13C负异常，直接位于古生物学上的前寒武系-寒武系界线之下。     

西太平洋暖池区第四纪钙质超微化石氧碳同位素特征及意义

对西太平洋暖池区MD97—2140柱状样1．75Ma以来的钙质超微化石进行了氧碳同位素分析．结果表明超微化石占δ^18O值与浮游有孔虫Globigerinoides ruber δ^18O值在变化趋势和周期上都具有明显相似性．根据超微化石占δ^18O值也可以划分出59个氧同位素期,1748ka到900ka期间超微化石占δ^18O值的变化周期以41ka为主．而850ka到6ka期间则以100ka为主．这说明超微化石氧同位素分析可以像有孔虫氧同位素分析一样在大洋地层学和古海洋学、古气候学研究中发挥重要作用．超微化石占δ^13C值变化则呈现阶段性变化的特点．以900ka,480ka和250ka时间面为界,可分四大阶段．同时,MD97—2140柱状样超微化石占δ^13C值的这种变化规律与邻近ODP807站揭示的海水初级生产力变化趋势极为相似,意味着超微化石占δ^13C值是反映海水初级生产力变化的一项重要指标．     

苏皖地区石炭纪海相碳酸盐岩碳和氧同位素演化规律

对江苏南京孔山和安徽巢湖凤凰山石炭系碳酸盐岩C、O稳定同位素进行了测定。结果表明，苏皖地区石炭系δ^13C,δ^18O记录是以4个同位素演化阶段为特征，前3个同位素演化阶段与同时代的北美石炭纪相似，仅仅是内部演化特征略有不同，这反映了区域性的沉积环境的不同变化。在金陵组下部、和州组下部、黄龙组中下部和船山组层段，δ^13C表现出明显的正漂移，这可能是受植物和生物量增长、有机碳储藏量增加所引起的。δ^18O记录总体上与δ^13C值呈相似的变化趋势。δ^18O增加记录了气候变冷和冰川作用的结果。δ^18O负漂移与气候变暖和冰川消融是一致的。在浅水潮坪环境，大气淡水的淋滤作用使δ^13C和δ^18O值明显降低。     

中国活动火山区甲烷的碳同位素研究

中国长白山天池、腾冲、五大连池等主要活动火山区逸出气体中甲烷的碳同位素组成测试结果显示，腾冲、长白山（不包括天池火山口内湖滨）火山区岩浆来源气体中甲烷的δ^13C值的变化范围与国际上地热区甲烷大致相同，平均值分别为-19．0‰，-32．6‰；五大连池火山区与天池火山口内湖滨强气体释放带逸出甲烷的δ^13C值较低，平均值分别为-45．8‰和-47．9‰，类似于东非裂谷带基伍（Kivu）湖的甲烷。研究认为，这些低δ^13C值甲烷可能直接来自上地幔；岩浆来源甲烷在火山喷发过程中的动力学分馏导致了其δ^13C值的降低，岩浆源区越深，其δ^13C值越低；岩浆源区深度（d）与甲烷δ^13C值有如下关系：d（km）=0．0107（δ^13C1）^2＋1.14。岩浆来源CO2和CH4之间的碳同位素分馏温度可指示气体最后源区的深度。     

青海湖地区冰消期以来气候变化的黄土记录

青海湖周围堆积着很多黄土和风沙沉积,这些风成沉积序列是过去气候变化的良好记录.相对于湖泊沉积,这些沉积物受到的研究较为薄弱.对青海湖南岸的黄土堆积进行了光释光年代学、磁化率、Fe/Mg值、粒度和有机质含量等气候替代性指标测量.在具有绝对年代标尺控制的基础上,结合气候替代性指标变化特征的分析,表明冰消期以来青海湖地区的古气候经历了多次的冷暖和干湿变化过程:14～9 ka间气候前期相对冷干,后期转为凉干,其中可能在11 ka左右存在一次暖湿事件;9～2.5 ka间气候呈暖湿状态;2.5 ka以后的地层扰动较大.黄土和湖泊沉积记录的环境变化过程具有可比性.     

Climatic variations in MIS 11 recorded by stable isotopes and trace elements in a French tufa (La Celle,Seine Valley)

Marine Isotope Stage (MIS) 11 palaeoclimate has so far been documented in marine and ice sheet isotopic records. However, excepting some lacustrine pollen records, very little is known about palaeoclimatic conditions in continental areas. This study uses geochemical records in calcareous tufa deposits from rivers as a basis for reconstructing temperate palaeoclimatic conditions. Tufa deposits are now proven to record high‐quality palaeoclimatic information in recent to Holocene deposits. Work on older interglacial tufas is just starting and in this paper we present the first comprehensive results from a MIS 11 tufa. The tufa comes from the Seine Valley (La Celle, northern France). Geochemical data in the tufa calcite are interpreted to record primarily air temperature (δ¹⁸O) and humidity (δ¹³C and Mg/Ca and Sr/Ca). The combined data identify a warm and wet climatic optimum followed by two temperature decreases associated with oscillations in humidity. These marked climatic variations recorded through the La Celle profile are strongly coherent with the palaeoenvironmental reconstructions from malacological data. The abrupt climatic and environmental events recorded could be related to short‐term degradation of vegetation cover in Europe, which is itself controlled by global palaeoclimatic events. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

洛川黄土序列时间标尺的初步建立

对厚１４０ｍ的洛川坡头黄土剖面黄土层以５ｃｍ，古土壤层以３ｃｍ系统采样，全部样品进行了室内磁化率测量。以黄土序列磁化率变化作为古季风气候变化的代用指标，根据第四纪冰期的Ｍｉｌａｎｋｏｖｉｔｃｈ理论，利用轨道调缠绵的方法初步建立了洛川黄支的时间标尺。通过古地磁场倒转时间的检验以及与宝鸡黄土序列时间标尺对比，表明本文所论述的时间标尺适用于该地区古环境演化的研究。     

Palaeoenvironmental records in Holocene Spanish tufas: a stable isotope approach in search of reliable climatic archives

Tufa deposits are potential terrestrial archives of palaeoenvironmental and palaeoclimatic information. This study assesses the potential of stable isotopic archives from two closely juxtaposed Holocene tufa sites in SE Spain. The Ruidera site contains deep‐water lacustrine micrites and tufas, whereas the nearby Alcaraz site represents a shallow barrage tufa. Understanding site characteristics is critical to interpreting the stable isotopic variations. These Holocene lacustrine micrites have isotopic compositions consistent with modern European lake shore microbial carbonates, where the isotopic chemistry is strongly influenced by hydrological and residence time effects. All the lacustrine micrite δ¹³C values were influenced by microenvironmental microbial effects to some degree. Because of these effects, stable isotope data from lacustrine microbial micrites and tufas will not normally yield precise information on the isotopic composition of palaeoprecipitation, temperature or vegetation composition of an area. In contrast, Holocene tufas that formed in shallow, fast‐flowing riverine settings may contain valuable palaeoclimatic archives. The tufa deposits must be largely autochthonous, as at Alcaraz, where in situ reed stem encrustations are present. Records of relative change in air temperature and changes in the source of airmasses are potentially resolvable in the δ¹⁸O data. These interpretations can be verified by other independent climatic data where chronology is constrained. Variations in riverine tufa δ¹³C values probably record changes in local vegetation and/or soil respiration. Covariation between δ¹⁸O and δ¹³C values may be intrinsically linked to climatic factors such as aridity. Tentative palaeoclimatic interpretations for the middle Holocene at Alcaraz based on the isotope data suggest warming (or increasing influence of Mediterranean‐sourced precipitation) between approximately 5000–3000 radiocarbon years BP, accompanied by increased aridity. These interpretations are consistent with the sparse independent palaeoclimatic data and climate modelling results for the Holocene of SE Spain. This study supports the growing evidence that well‐chosen tufa sites could yield valuable palaeoclimatic information.     

柴达木盆地昆特依地区晚更新世正构烷烃分布特征及其环境变迁

为探讨柴达木盆地晚更新世的环境变迁,同时为青藏高原隆升对气候变化的影响提供基础资料,对柴达木盆地昆特依地区ZK1404钻孔沉积物中的正构烷烃分布特征以及ASM~(14)C测年数据进行了分析。结果显示,昆特依地区晚更新世沉积物的正构烷烃总体上呈现以高碳数为主的分布特征,多数样品以nC_(27)、nC_(29)为主峰,部分以nC_(31)为主峰,呈现出显著的奇碳优势。少数样品中低于nC_(21)的短链正构烷烃相对丰度较高,主要以nC_(17)、nC_(20)为主峰碳数,无明显的奇偶优势。根据正构烷烃分布特征、AMS~(14)C测年数据、区域地质调查资料及沉积环境判断,柴达木盆地昆特依地区晚更新世(33600～26370a B.P.)气候环境以温凉干旱与温凉干旱偏湿交替出现为特征,与现代大陆性干旱荒漠气候截然不同。     

高分辨率气候环境变化研究中的石笋微层

在全球变化研究领域，高分辨率重建 2000年来的气候环境变化是近期工作的主要内容之一。石笋微层由于其沉积界面完整，微层明显和组分构造有序，从而成为综合研究气候环境变化的理想载体。详细分析了石笋微层灰度和石笋微层厚度的成因、类型和影响因素，对石笋微层在高分辨率气候环境变化研究中的应用现状及目前所存在的问题作了简要介绍，并对该领域今后的发展方向提出了一些看法。     

桂林水南洞洞穴沉积物的古地磁记录及其古环境意义

通过对桂林水南洞2.5m厚的洞穴沉积物剖面的古地磁初步研究,其结果及地质证据表明该沉积剖面形成期可能与贾拉米洛正向期对应。根据磁化率、磁性矿物的特征和沉积学特征,对该地区这一地质时期的古环境变化提出以下认识:1.第三暖湿期,以钙华沉积为特征;2.第二干冷期,以含有少量钙质的黄褐色粘土为特征,并以含有高矫顽磁性矿物和低磁化率为特征;3.第二暖湿期,以互层的红褐色粘土、含高含量钙质的粘土或钙华为特征,并以含有低矫顽磁性矿物和高磁化率为特征;4.第一干冷期,以褐灰色粘土为特征,并以含有高矫顽磁性矿物和低磁化率为特征;5.第一暖湿期,以地下河沉积相(砂卵石为主)为特征。      

Magnetic properties of Pleistocene sediments from the Mediterranean sea: a correlation with the palaeoclimatic record

The magnetic properties of the late Quaternary hemipelagic sediment from piston core BS77-15 taken in the Tyrrhenian Sea were investigated and the results compared with palaeoclimatic records. The magnetic mineralogy of the sediment was studied and the magnetic carriers were identified by their spectra of coercivity and unblocking temperature. Investigations of rock magnetic parameters such as the Natural Remanent Magnetization (NRM), the low-field magnetic susceptibility χ, the frequency-dependent susceptibility χ fd , the acquisition of Anhysteretic Magnetization (ARM) and Isothermal Magnetization (IRM) and the Median Destructive Field (MDF) have established the downcore variations in terms of magnetic mineralogy, grain size and coercivity in the sediments. The rock magnetic parameters were compared with an alternative climatic record from the same core based on the faunal association of planktonic foraminifera. A significant correlation was found between faunal climatic record and χ fd . Together with the magnetic properties of the sediment this suggests that a palaeoclimatic signal is recorded by a fine-grained low-coercivity fraction of the magnetic minerals.     

青藏高原北缘哈拉湖近800年来 湖泊沉积及其环境意义*

文章以青藏高原北缘高山祁连山湖泊——哈拉湖作为研究对象,利用放射性核素²¹⁰ Pb和¹³⁷ Cs测年资料,通过对此高海拔湖泊沉积碳酸盐氧碳同位素、碳酸盐含量、总有机碳含量、磁化率等环境代用指标的分析,揭示了这一地区近800年来的气候环境变化过程。分析表明哈拉湖记录的气候环境变化经历了3个阶段:1206~1700A.D.环境较为寒冷、湿润,并有持续变湿的趋势;1700~1920A.D.环境由冷湿的状况趋向温暖干旱,1771年之后,环境保持相对稳定;1920~2002A.D.是自1206年以来最为温暖干旱的阶段。     

中国黄土和阿拉斯加黄土磁化率气候记录的两种模式探讨

在中国和中欧黄土-古土壤研究中发现的磁化率与成壤作用(或古气候温湿程度)的正相关性已被第四纪科学家广泛认识,并应用于古气候研究中.成壤过程形成的亚铁磁性矿物被认为是古土壤磁化率增加的主要原因;然而,这一模式并不一定适用于其他黄土沉积地区,如阿拉斯加和西伯利亚黄土沉积显示了一个完全相反的磁化率行为,即在黄土层获高磁化率值而在古土壤层获低磁化率.这种相反的关系过去被解释为磁化率反映的是与风动力吹来的亚铁磁性矿物的含量,即与风速或风力大小有关.本研究发现阿拉斯加黄土与古土壤的磁性矿物性质有明显差异,不仅仅是粒径的大小,还有磁性矿物的种类即矿物相的差别.这一证据很难单纯以风力强度的大小来解释,意味着阿拉斯加古土壤的低磁化率至少部分是在成壤过程中亚铁磁性矿物发生改变(如溶解)而造成,表明阿拉斯加黄土和中国黄土的磁化率与古气候记录可能存在两种模式,即氧化和还原条件下的成土模式.黄土磁化率在不同的气候(温度湿度)条件下有着不同的对应关系:在低降水量、高蒸发量的干旱氧化成壤条件下,利于亚铁磁性矿物的生成,其磁化率与古气候的关系呈正相关,如中国和中亚黄土;在高纬高湿的还原成壤条件下,亚铁磁性矿物会被破坏被分解,其磁化率与古气候呈负相关关系,如阿拉斯加黄土.如果成壤条件在氧化和还原之间来回变换,那么就很难找到两者之间的联系.因此,将磁化率应用于古气候的重建时要加倍的小心.