恢复地史时期大气CO2浓度的新指标: 苔藓植物化石

在中国已知最好的苔藓植物化石产地之一河北蔚县, 采集了大量中侏罗世的苔藓植物化石, 选取了3种保存较好的数十块苔类植物化石进行实验室分析处理, 测定了它们的碳同位素组成, 并计算出Δ13C, 运用国际学术界古大气CO₂浓度的最新研究成果, 即通过地质学、植物学、植物生理学、地球化学和概率统计学的多学科交叉研究, 利用苔藓植物化石有机碳同位素判别这一全新指标和重建古大气二氧化碳的模型——BRYOCARB, 恢复出中侏罗世的古大气CO₂浓度约为705(BRYOCARB_NP)或566(BRYOCARB_P)μmol/mol, 结果表明苔藓植物化石是恢复地质历史时期大气CO₂浓度变化的有效新指标.      

吐哈盆地北缘中侏罗世植物化石稳定碳同位素的古环境意义

新疆吐哈盆地北缘三道岭煤田中侏罗统西山窑组的植物化石属于Coniopteris-Phoenicopsis植物群的典型组合。从该植物群中挑选出优势属种,分别为似银杏、拟刺葵、枝脉蕨以及斯堪尼狭轴穗,对其进行稳定碳同位素分析。前3种为叶片化石,它们的δ13C值分布在-21.66‰~-23.83‰,属于典型的C3植物。最后一种为繁殖器官化石,其δ13C值为-20.91‰,比叶片的值高。将δ13C值根据公式转换为大气CO₂的δ13C_a值,发现基于银杏类叶片获得的现代和中侏罗世的δ13C_a值与其他方法获得的值相似。这说明银杏类叶片是重建地质历史时期δ13C_a的一类可靠植物,为今后研究中生代-新生代δ13C_a变化提供了一个简便而可行的方法。C_i/C_a比值是一重要的植物生理生态特征值,因此进一步将银杏类化石叶片的δ13C值换算成C_i/C_a。化石似银杏的C_i/C_a值为0.6,而现生银杏的C_i/C_a为0.63,二者相似。虽然三道岭地区中侏罗世的CO₂浓度约为现在的4.5倍,但是化石和现生银杏类植物的C_i/C_a值仍然保持恒定,表明银杏植物的气孔参数对CO₂变化比较敏感,是重建古CO₂浓度的良好指示植物。这也为判断一种植物能否用来重建古CO₂浓度提供了一种简便而有效的检测方法。     

甘肃宝积山盆地中侏罗世阿干镇似银杏(Ginkgoites aganzhenensis Yang)的古环境意义

在甘肃宝积山盆地中侏罗统窑街组发现了保存较为完整的银杏类叶片化石。对当前化石宏观特征与镜下微观构造进行研究,并将其鉴定为阿干镇似银杏（Ginkgoites aganzhenensis）。在此基础上,统计了该种下表皮的气孔参数,并利用气孔指数法和气孔比率法恢复研究区中侏罗世早期的古大气CO₂浓度,探讨这两种方法的准确性。分析结果表明,气孔指数法获得的古大气CO₂浓度为974×10-6,落在了GEOCARB Ⅲ的可信误差范围之外;气孔比率法重建的古大气CO₂浓度为1 823×10-6,处于GEOCARB Ⅲ可信误差范围之内。这说明对于当前化石而言,利用气孔比率法恢复古大气CO₂浓度更加合适,数据十分接近GEOCARB Ⅲ的最佳拟合线,表明似银杏也是恢复古大气CO₂浓度的一种理想植物。通过计算得出当时的温度比现在高7.2℃,反映了宝积山盆地中侏罗世阿林期到巴柔期为温暖潮湿的温带气候环境。     

甘肃窑街中侏罗世化石角质层有机质及其碳同位素组成与古环境的关系

通过对甘肃窑街中侏罗统窑街组化石银杏以及现代银杏角质层有机质组分和碳同位素组成分析．表明银杏角质层有较强的抗风化能力．化石和现代银杏角质层有机质烷烃和甾萜类化合物组成十分相似。可以通过角质层的碳同位素组成等参数进行古环境重建，结果表明中侏罗世早期古环境较为温湿．到了中期后古气候逐渐变得干旱少雨，后期降雨量又逐渐增加，温度升高，植被发育。     

甘肃宝积山盆地中侏罗世石拐茨康叶表皮构造及古环境意义

甘肃宝积山盆地中侏罗统窑街组发现茨康类植物化石,通过对其外部形态和表皮构造研究,认定为石拐茨康叶(Czekanowskia(Vachrameevia)shiguaiensis)。对比当前化石及其现存最近对应种(the nearest living equivalent species)—Ginkgo biloba L.的气孔比率,得到宝积山盆地在中侏罗世的古大气CO_2体积分数为1.55×10~(-3),数值接近GEOCARBⅢ碳平衡模型的拟合曲线,表明茨康叶属植物也是恢复古大气CO_2体积分数的良好材料。同时,通过角质层特征进行古环境重建,结果表明宝积山盆地在中侏罗世时期气候较为温和湿润。     

广西渐新世宁明组三种植物碳同位素与古气候分析

渐新世代表地球一个早期的“冰室”期，是地球气候演化和生物演替过程中一段特殊的时期。渐新世植物化石的碳同位素可为研究该时期的古气候提供依据。对广西渐新世宁明组三种植物及其最近现生亲缘种的碳同位素进行分析，化石种Buxus ningmingensis，Chuniophoenix slenderifolia和Cephalotaxus ningmingensis的碳同位素组成（δ13C）分别为-29.0‰，-28.3‰，-28.0‰；碳同位素分馏（Δ13C）分别为23.48‰，22.74‰，22.43‰；叶内细胞间和外界大气的CO₂分压比（C_植物/C_空气）分别为0.84，0.81，0.80；水分利用效率（WUE）分别为42.63μmol CO₂/mol H₂O，51.56μmol CO₂/mol H₂O，55.38 μmol CO₂/mol H₂O。其对应的最近现生亲缘种（NLRs）的δ13C分别为-27.9‰，-29.7‰，-28.8‰；Δ13C分别为20.47‰，22.36‰，21.42‰；C_植物/C_空气分别为0.71，0.79，0.75；WUE分别为72.22 μmol CO₂/mol H₂O，51.28μmol CO₂/mol H₂O，61.76 μmol CO₂/mol H₂O。化石种δ13C值均落在现代C₃植物相应的数值范围内，其Δ13C和C_植物/C_空气均高于相应的NLRs数值；而Buxus ningmingensis和Cephalotaxus ningmingensis的WUE低于相应的NLRs数值；其中Chuniophoenix slenderifolia的WUE稍高于相应的最近现生亲缘种C. hainanensis，推测可能与其NLR标本的母本植物生长在水源充足、空气潮湿的湖溪边湿地环境有关。基于Δ13C、C_植物/C_空气和WUE结果，推测化石种可能生活在一种比现在更为温暖湿润的气候环境中；化石种及同层位化石的古气候重建支持了当前古气候分析结果。     

古大气CO2浓度重建方法技术研究现状

温室气候引起的全球气候变暖越来越引起人们的关注,大气中不断上升的CO2浓度被认为是导致气候变暖的主要因素.地史时期大气CO2浓度变化与温室气候可能存在类似的关系,可提供参考,因而古大气CO2浓度重建是首要任务.总结近年来古大气CO2浓度重建的进展,重点介绍GEOCARB模型模拟、植物叶片气孔参数和同位素指针的方法和技术.GEOCARB模型是反映全球古大气CO2浓度长期变化的碳相关模型;气孔参数方法是使用气孔比例来估计古大气CO2浓度;同位素指针包括成壤碳酸盐、浮游植物有机质生物标记物、钙质浮游有孔虫、古苔藓植物等,其中成壤碳酸盐碳同位素方法使用最为广泛.国内只是在叶片参数研究方面有一些进展,古大气CO2浓度重建工作任重而道远.     

基于银杏类化石Baiera furcata气孔参数定量 重建中生代古大气CO2浓度变化

大气CO2与地球温室气候变化有密切的关系,化石植物气孔参数已被证明是一种较精确重建古大气CO2的生物指标。从甘肃下侏罗统大西沟组、中侏罗统窑街组和内蒙古霍林河下白垩统霍林河组采集了角质层保存完好的B. furcata,对其表皮构造进行了细致分析,详细统计了该种下表皮的气孔参数。应用B. furcata与它最近现存亲缘种Ginkgo biloba的气孔比率,定量重建了早侏罗世Toarcian、中侏罗世Aalenian和Bajocian以及早白垩世Hauterivian的古大气CO2浓度,它们分别是(1263±71)×10﹣6、(1388±24)×10﹣6、(1599±31)×10-6和(1899±198)×10﹣6,结果与Berner全球碳平衡模型GEOCARB I—Ⅲ中CO2浓度变化曲线吻合,证明B. furcata是恢复古大气CO2浓度的良好生物指标。结合我们以前利用陆生植物恢复中生代古大气CO2浓度的结果,发现恢复的中生代大气CO2值均在GEOCARB I—Ⅲ模型中的低值区内,据此推测中生代陆相环境大气CO2要低于海相环境的值。此外,在各地的B. furcata下表皮中均发现了气孔簇,认为这是B. furcata对环境适应的结果。     

植物化石角质层分析在环境地质中的应用

植物化石角质层分析一直是古生物学研究的重要课题 ,近年来自然科学之间相互交叉和渗透的结果使角质层分析成为国际学术界新的研究热点。植物化石角质层分析至少已经形成了 3个重要的研究方向 :(1)从植物分类学角度 ,分析角质层的超微结构 ,使化石植物的分类和演化研究有了长足的进步 ;(2 )从植物生理学方面 ,分析化石植物表皮气孔密度和气孔指数 ,推测古大气ＣＯ2 的浓度 ,揭示地质历史时期植物生理与环境的关系 ,进而了解环境的变化 ;(3)利用有机地球化学和生物地球化学方法 ,研究角质层的化学特征 ,进行化石植物角质层和现代植物角质层的…     

新疆早侏罗世植物群特征

本文根据新疆早侏罗世各组中所产的植物化石,提出了疆新早侏罗世植物群分属于毛羽叶—锥叶蕨植物群与锥叶蕨—拟刺葵植物群的过渡植物群和锥叶蕨—拟刺葵植物群.过渡植物群中苏铁类比较丰富.锥叶蕨—拟刺葵植物群以真蕨类和银杏类为主,真蕨类中锥叶蕨,托第蕨,枝脉蕨最为发育.两个植物群按照不同层位均可分出上下两个组合.本文还探讨了八道湾组时代,认为无疑属早侏罗世,塔里奇克组植物组合也应属早侏罗世(塔里奇克组的地质时代为T_(?)—J_1).早侏罗世早期新疆气侯曾一度炎热,向后转为湿暖潮湿.     

内蒙古锡林浩特盆地早侏罗世晚期植物群:兼论中国早侏罗世晚期气候

首次报道了产于内蒙古锡林浩特盆地侏罗系红旗组的植物群,共计21属37种。该植物群由木贼目、真蕨纲、苏铁纲、银杏纲、松柏纲和少量分散保存的种子等组成,以真蕨类丰富、蚌壳蕨科Coniopteris和Eboracia出现以及南方型分子较多等为特征。该植物群的时代为早侏罗世晚期,反映研究区红旗组主体的沉积时代为早侏罗世晚期,上部沉积可能形成于中侏罗世早期。气候敏感植物,特别是南方型分子的出现,指示锡林浩特盆地早侏罗世晚期属于暖温带—亚热带气候区,气候较热或短期有一定程度的偏干旱;其气温较早侏罗世早期和中侏罗世早期更高,说明早侏罗世晚期发生过1次升温气候事件。对早、中侏罗世植物群和沉积特征的综合分析表明,中国在早侏罗世晚期可划分出黑龙江东部温凉气候区、北方暖温带温暖潮湿气候区、中部热带—亚热带半干旱—半潮湿气候区、中南热带—亚热带干旱气候区和西藏—滇西热带干旱气候区共5个气候区,其中北方暖温带温暖潮湿气候区与中部热带—亚热带半干旱—半潮湿气候区的界线较早侏罗世早期和中侏罗世早期偏北4°～8°(纬度),亦说明早侏罗世晚期发生了升温事件。此升温事件与中亚和西伯利亚的图阿尔期升温事件相当,其很可能是早侏罗世晚期图阿尔期大洋缺氧事件(T-OAE)在陆地生态系统中的响应。     

塔里木盆地库车河剖面有机碳同位素地层学及三叠系—侏罗系界线

三叠纪—侏罗纪之交发生了地史上五次最大规模之一的生物灭绝事件、中大西洋大火成岩省喷发、泛大陆进一步裂解导致的中大西洋开启以及大气CO₂浓度急剧升高等。然而该时期中国各板块主要发育陆相沉积,其三叠系—侏罗系界线（TJB）很难与定义于海相地层的全球层型剖面和点（GSSP）进行精细对比。应用基于C3植物的碳同位素地层学,进行了两次独立地、系统地以高等植物木质部为研究对象的采样和测试,获得了可以指示同期大气CO₂的δ13C演化和进行全球等时对比的碳同位素地层曲线。并在植物大化石和孢粉的生物地层约束基础上,首次完成了库车河剖面与海相三叠纪末期生物大灭绝事件（ETE）底界和TJB的精细对比;推测与全球其他剖面ETE等时的地层界线位于38层底部附近,与TJB的GSSP等时地层界线位于41层底部附近。海相与陆相的ETE和TJB层位附近均出现了δ13C负偏,指示全球性的碳同位素的波动,推论该时期发生了全球规模的、地表圈层的碳储库扰动。     

Progress of Tracing Fossil Fuel CO2 by Radiocarbon in Chinese Cities

The main cause of increase in atmospheric CO₂ concentration is the carbon emissions from fossil fuel combustions and so on. Cities are regarded as the hot spots of carbon emissions. On the basis of obtaining the levels and spatial-temporal variation characteristics of atmospheric fossil fuel CO₂ （CO_2ff）， we can provide scientific data for government policy-making and international negotiations on carbon reductions. In the recent ten years， some important progresses have been achieved in the study of tracing urban atmospheric CO_2ff using ¹⁴C by Chinese scientists. The variation characteristics of urban CO_2ff at different temporal and spatial scales were obtained through the analysis of ¹⁴C in air， tree ring and annual plant samples. Our results show that the northern cities are the key points to reduce carbon emissions， and that the CO_2ff emissions can be reduced simultaneously by controlling atmospheric pollutant emissions， indicating a synergistic emission reduction. It was found that CO_2ff in Xi'an was mainly from local coal-burning emissions with the use of improved WRF-CHEM model and δ¹³C. Finally， the yearly CO_2ff traced by tree-ring ¹⁴C in Xi'an showed similar trends and amplitudes with the statistical data of carbon emissions， which indicates that the ¹⁴C tracing method and statistical method can be mutually validated to ensure the reliability of the data. In order to promote the ¹⁴C trace study to serve the national carbon emission reduction task， we suggest that the urban atmospheric Δ¹⁴CO₂ observation network should be established as soon as possible， and that this study should be enhanced with more scientists involved in it and more financial resources to support it.     

Marine Carbon Sequestration: Current Situation,Problems and Future

Abuse of fossil energy resources results in the excessive discharge of greenhouse gases, especially CO₂, enhancing the trend of global climate warming. Carbon sequestration is an important method to lower the increasing rate of CO₂ concentration in the atmosphere. Marine carbon sequestration is a novel idea for reducing CO₂ emission, and its reservoir mainly includes seawater and submarine sediment, which not only possess a great potential capacity of carbon sequestration, but also have high safety in relation to continental reservoirs. In this paper, we expounded the technique principle and mechanisms of marine carbon sequestration, potential capacity and time duration of marine carbon sequestration, main factors influencing marine carbon sequestration, CO₂ injection technique, impacts on marine biota from over emission of CO₂ and technique monitoring the leakage of CO₂. Finally, a prospect of marine carbon sequestration was proposed, and its hot topics were accordingly pointed out.     

准噶尔盆地阜东斜坡区侏罗系层序地层格架的建立

综合阜东斜坡区侏罗系钻测井及地震资料,将侏罗系划分为六套层序。层序边界识别标志包括不整合面、古生物化石突变面、底砾岩及冲刷面等标志。体系域划分的关键是确定首次湖泛面和最大湖泛面的位置。研究区侏罗系沉积时期存在较为明显的地形坡折带,因此能够确定首次湖泛面的位置,建立起具有地形坡折带的层序地层模型。研究了侏罗系层序形成的主要控制因素,即构造沉降、物质供应速率、气候和基准面升降等。     

浙江天台中新统润楠属化石及其古环境指示

对浙江天台中新统下南山组6块叶片压型化石——天台润楠Machilus tiantaiensis Ding S. T. et Sun B. N. sp. nov.,并对其叶结构和表皮构造特征进行了详细的研究.其主要特征为:叶椭圆形,全缘,顶端渐尖,基部楔形,侧脉羽状;表皮细胞垂周壁浅波状,单细胞毛基多集中于脉络区;气孔下生式,气孔器短平列型,副卫细胞1~2个.通过与现生植物进行对比分析,发现当前标本的叶结构和表皮构造特征与樟科润楠属(Machilus)十分一致.利用PAST(palaeontological statistics)软件对我国润楠属68种植物叶片的形态特征进行聚类分析,结果表明当前化石与M. pingii Cheng ex Yang最为接近;角质层分析也表明二者的表皮构造最为相似.利用化石与其现存最近亲缘种M. pingii的气孔比率,恢复了天台晚中新世的古大气CO₂体积分数为407.9×10-6.此外,依据现生润楠属主要分布于亚洲东南部和南部的热带、亚热带地区,推断天台地区中新世的古气候较为温暖湿润.