一种鉴别植被和气候变化的定量方法——植物岩中的稳定碳同位素比率

大平原北部的蛋白石植物岩(Opal Phytoliths)中封存碳的~(13)C/~(12)C比值可作为重建古气候的依据。宿主植物的碳同位素组成与植物岩中有机质的碳同位素组成之间存在着明显的相关关系。沿气候梯度土壤表层分布的植物岩的~(13)C/~(12)C此值反映了当前植被中C_3和C_4植物的比例。土壤中植物岩的δ~(13)C值随土壤深度的变化而变化,而这种变化是由多种作用引起的:尘土对土壤表面的埋藏作用、生物扰动和可能由于雨水的渗透而引起的淋滤作用。此外,尘土和植物根系对植物岩的贡献是否有同位素效应还不清楚。土壤中植物岩的δ~(13)C值随~(14)C年龄的减小而增加,表明全新世期间,本区C_4植物的比例增大。视年龄为全新世中期的植物岩主要以C_4植物独占优势,这一事实与干旱的中全新世古气候解释相吻合。     

重庆地区石笋δ13C记录的全新世气候环境变化

本文利用重庆市青木关镇狮子洞石笋QM09铀系测年数据和氧碳稳定同位素数据,重建了研究区9.4~0 ka BP的古气候环境演化历史。依据狮子洞石笋δ~(13)C记录变化趋势,将其划分为2个阶段:(1)9.4~3.0 ka BP期间,狮子洞石笋δ~(13)C记录除了在4.2 ka BP附近发生一次短暂的偏重事件外,整体变化比较平缓,石笋δ~(13)C值比较偏轻;同时石笋δ~(18)O值在该期也较为偏轻,暗示了此时段季风强盛,气候温暖湿润,地表植被变化稳定。此时人类活动比较弱,对自然环境的影响小,植被变化主要受自然气候环境的影响;(2)3.0~0 ka BP期间,石笋δ~(13)C记录不再呈现如第一阶段般平稳变动的趋势,在3.0 ka BP时开始波动下降,在经历1.7 ka BP大幅下降后,δ~(13)C便频繁波动大幅升降。石笋δ~(18)O记录显示该时段季风减弱,气候变干,植被退化,土壤水中溶解的CO_2含量减少。加之该期人类活动剧烈,地表自然植被遭到破坏,当地无机环境更多的参与到地下水循环体系中来,使得石笋δ~(13)C逐渐加重。     

太古代金矿与麻粒岩形成或长英质侵入体有关吗?

太古代Au矿床现今流行的成因模式有两种,即麻粒岩化或岩浆作用,然而新的资料表明这些模式都不合理。绝大多数的太古代英闪质麻粒岩均以大离子亲石元素(LILE)的亏损为特征,所以与Au矿床中LILE的富集没有互补关系,而且麻粒岩与金矿床的K/Rb、K/Ba、K/Li、K/Cs和Th/U系列值也没有互补关系。所发表的C同位素体系资料及C/He通量计算值并不支持“麻粒岩化由地幔CO_2注入而引起”的模式,而且太古代金矿床的δ~(13)C值总体分布也与地幔的CO_2或麻料岩的C储库不吻合。太古代英闪岩,奥长花岗岩和花岗闪长岩(TTG)岩浆以具有一致的~(87)Sr/~(86)Sr为特征。而在金矿床中,随着Sr、O和C同位素特征的区域性变化,该比值的变化为0.701～0.720,δ~(13)C平均值的变化为-9‰～-0.4‰。分异花岗岩趋于具正常的K/Rb比值及高的Rb/Sr和K/Ba比值,而金矿床的特点是,主要趋于具较高的K/Rb和K/Ba比值,并且Cs、Li或Ti等元素略富,Rb/Sr比值分散。大多数金矿床晚于与其伴生的岩株的年龄20～30Ma。Cr、Pb、C和O等的同位素体系变化不定,但LILE则具一致趋势,从而说明,由内部或外部产生的流体,在转换压缩增生状态下和低水/岩比值的条件下与成分不定的地壳是平衡的。     

江汉平原石家河谭家岭遗址新石器时代环境考古

通过对位于江汉平原北部石家河古城内谭家岭遗址地层孢粉、碳氮地球化学和磁化率代用指标的综合分析表明,石家河文化早期(4.6—4.4 ka BP),孢粉浓度较高且种类多,特别是喜暖湿的孢粉科属含量较大,植被覆盖较好,说明遗址及周边地区受人类活动干扰较少;TOC、TN和C/N偏高,δ~(13)C_(org)偏低,表明当时以C_3植物为主,气候较为温暖湿润;该时期遗址区域可能积水较多,磁化率值总体较低,发生过水域面积增大但持续时间不长的变化,石家河古城在防御洪水及外敌入侵方面发挥了较大作用。石家河文化中晚期(4.4—4.0 ka BP),孢粉种类和浓度减小,TOC、TN和C/N也持续减小,δ~(13)C_(org)则偏高,气候凉干,降水减少,遗址区域积水减少并逐渐演变成古人的居住用地,受人类活动影响磁化率值明显增高;由于河湖、地下水位下降,石家河古城防御洪水与外侵的功能消失并逐渐废弃。4.2 ka BP前后气候持续凉干,极端灾害事件频繁发生,影响了当地农业和渔猎业的发展,使得石家河文化发展停滞,这是导致本区石家河文化衰落的重要环境因素。     

云南抚仙湖主要入湖河流有机碳来源辨识

通过对云南抚仙湖流域土壤、植被和主要入湖河流有机碳含量和碳同位素组成的对比研究,探讨了抚仙湖主要入湖河流有机碳来源、空间分布特征及其影响因素。结果表明,抚仙湖入湖河流溶解有机碳(DOC)含量较高,变化范围为2.79~38.02mg/L,且呈西部(19.20mg/L)北部(13.82mg/L)东部(3.37mg/L)的分布特征;河流颗粒有机碳(POC)含量较低,变化范围为0.22~2.68mg/L,且北部(0.84mg/L)西部(0.56mg/L)东部(0.40mg/L)。抚仙湖主要入湖河流水体δ~(13)C_(DOC)值变化范围为-12.6‰~-25.5‰,且随DOC含量增大而略呈偏负趋势,表明抚仙湖入湖河流DOC除来源于流域土壤侵蚀外,农业面源污染和生活污水排放也是重要的贡献源。抚仙湖入湖河流水体δ~(13)C_(POC)值主要分布范围为-23.2‰~-27.0‰,与流域土壤及植物δ~(13)C一致,远离内源POC的δ~(13)C范围,指示河流POC主要来源于流域土壤侵蚀和植物碎屑输入。     

玉米秸秆烟尘中正构脂肪酸的分子与碳同位素组成

在模拟的明火燃烧和闷烧条件下对4种玉米秸秆进行了焚烧试验,用GC/MS和GC/C/IRMS分别测定烟尘中正构脂肪酸的分子与碳同位素组成.结果表明,在明火烟尘中正构脂肪酸由C7~C_(34)组成,其平均总含量为13 895.0 mg·kg-1.其低碳数(≤C_(16))与高碳数(C_(16))正构脂肪酸的含量比(L/H)平均值为1.1.C_(18)/C_(16)、C_(24)/C_(16)、C_(24)/C_(18)、C_(24)/(C_(22)+C_(26))(CAR)的平均值分别为0.33、0.17、0.50、1.2.正构脂肪酸单体表现出以C_(16)、C_(24)为主、次峰碳数的双峰式分布模式.其碳优势指数(CPI)的平均值为4.5.在闷烧烟尘中正构脂肪酸由C_6~C_(34)组成,其平均总含量为50 183.7 mg·kg-1.L/H、C_(18)/C_(16)、C_(24)/C_(16)、C_(24)/C_(18)、CAR的平均值分别为1.3、0.33、0.20、0.60、1.6.也具有与明火烟尘相同的分布模式.其CPI的平均值为6.1.明火烟尘中C_(14)~C_(26)单体的δ~(13)C平均值在-21.0‰~-24.8‰之间变化,总平均值为-23.5‰.该值与玉米秸秆中对应值之差(Δ~(13)C)达-0.7‰.闷烧烟尘中C_(14)~C_(26)单体δ~(13)C平均值的变化范围为-21.8‰~-25.4‰,总平均值为-23.3‰.其Δ~(13)C值达-0.5‰.与玉米秸秆相比,两种烟尘中正构脂肪酸的分子组成和碳同位素组成均发生了明显的改变.L/H、C_(24)/C_(16)、C_(24)/C_(18)、CAR、δ~(13)C等指标可用于识别大气气溶胶中玉米秸秆燃烧来源的正构脂肪酸.     

不同岩溶环境条件下岩溶地下水中δ~(13)C_(DIC)特征

岩溶地下水的δ13 CDIC值主要是受土壤碳库和碳酸盐岩碳库的δ13 C所制约。本研究选取两个气候条件完全不同的南方广西桂林、北方山西汾阳为对比研究对象,通过取样测试分析两个地区岩溶地下水的δ13 CDIC值,发现北方汾阳岩溶地下水的δ13 CDIC范围为-7.53‰～-12.25‰,平均为-9.84‰;南方桂林岩溶泉水的δ13 CDIC范围为-9.22‰～-15.99‰,平均为-13.06‰;北方岩溶水比南方偏重3.22‰。结合两个地区所处的气候环境条件分析,北方暖温带干旱半干旱大陆性季风区,C4植被发育,C3/C4比例低,土壤碳库的δ13 C重;南方亚热带湿润季风区C3植被发育,C3/C4比例高,土壤碳库的δ13 C轻。因此气候条件不同引起生态条件的差异而造成南北方地下水δ13 CDIC的不同。这为利用同位素方法研究地下水对气候条件变化的响应提供了理论依据。     

元古宙—寒武纪疑源类的辐射演化、绝灭作用与海洋地球化学演变——兼论扬子区元古宙—奥陶纪疑源类的演化

通过对目前全世界元古宙———寒武纪地层中的浮游植物 (疑源类 )的统计 ,发现在新元古代晚期和早、中寒武世相对较短的时间间隔内发生了一系列的微体植物 (疑源类 )辐射和绝灭事件。而这些辐射和绝灭事件又与早期后生生物的辐射、绝灭都有密切的镜像关系。通过对古海洋的δ13 C、87Sr/ 86Sr研究 ,发现元古宙—寒武纪浮游植物 (疑源类 )的辐射演化、绝灭作用与古海洋环境变化有着密切的关系 ,即生物辐射时期 ,δ13 C、　87Sr/ 86Sr呈现高异常 ;生物绝灭时期 ,δ13 C、87Sr/ 86Sr呈现低异常 ;冰期δ13 C呈现明显的负异常。     

新乡市夏冬季节PM2.5稳定碳同位素特征分析

为了探究新乡市PM_(2.5)中δ~(13)C比值的季节性变化特征及其对污染来源的指示作用,于2017年夏冬季节采集PM_(2.5)有效样品91个,并测定了样品中的总碳、水溶性离子和稳定碳同位素比值(δ~(13)C).夏季和冬季的TC浓度平均值分别为11.78μg·m~(-3)和26.6μg·m~(-3).夏季δ~(13)C比值为-27.70‰～-25.22‰其中前14 d的δ~(13)C比值波动较大平均值为-26.96‰,而后16d的δ~(13)C比值相对稳定,平均值为-25.69‰,而且前半月和后半月火点数具有较大差异同时K_(nss)~+浓度与TC质量浓度显著相关(R~2=0.62,P0.01)这说明夏收季节生物质燃烧可能对δ~(13)C比值有显著影响.新乡地区冬季RH与TC/PM_(25)质量比值的显著负相关(R~2=0.68,P0.01),揭示了在霾增长初期以SOA增长为主,而污染期以SIA贡献为主.冬季采样期δ~(13)C比值为-26.72‰～-23.49‰,对霾发展过程中稳定同位素组成的研究发现在霾增长过程中δ~(13)C比值以富集为主,而在霾清除阶段δ~(13)C比值以贫化为主.     

江苏洋口港地区地下水的环境同位素组成及其形成演化研究

江苏洋口港地区是江苏沿海开发重点建设的深水港区,水质优良的地下水是港区经济社会发展的重要基础.本研究利用近期获得的钻孔剖面地层对比数据资料,沿水文径流剖面分层采集水样,通过识别地表水、各含水层地下水的环境同位素(δD、δ~(18)O、~3H、~(14)C)组成指纹特征,以揭示研究区地下水的形成演化规律.结果表明,研究区浅层地下水主要来源于现代大气降水的入渗补给,大气降水在补给地下水过程中经历了明显的蒸发过程;研究区深层地下水的放射性~(14)C年龄主要为15000~26000 a,其稳定同位素δ~(18)O、δD值比现代降水低,是晚更新世末次冰期(大理冰期)的盛冰期降水入渗补给.地下水含水层的氘、氧、碳同位素分布具有明显的呈层性,随着地下水埋藏深度增加,地下水中的δD、δ~(18)O值呈下降趋势.浅层地下水与地表水水力联系紧密,可更新能力较强;深层地下水径流缓慢,总体上处于封闭-半封闭状态,可更新能力弱.江苏沿海平原天然地下水流动是自晚更新世末期以来,伴随着冰退、海平面上升而调整到目前的模式.末次盛冰期以来的自然地理及地质发展史,决定着研究区第四系地下水流系统的演变格局,现代人类活动加强了浅层与深层地下水之间的水力联系.研究在高强度开发地下水条件下的区域水文循环特征,可为沿海地区地下水演变机理和调控研究提供技术支持.     

南京地区大气PM2.5潜在污染源硫碳同位素组成特征

基于南京地区大气PM_(2.5)潜在污染源,采用EA-IRMS技术分别测定了样品中硫碳同位素组成,并分析不同污染源之间的关联性.结果表明,南京地区煤炭烟灰δ~(34)S值范围为1.8‰~3.7‰,δ~(13)C值范围为-25.50‰~-23.57‰;机动车尾气δ~(34)S值范围为4.6‰~9.7‰,δ~(13)C值范围为-26.32‰~-23.57‰;生物质烟灰δ~(34)S值范围为5.2‰~9.9‰,δ~(13)C值范围为-19.30‰~-30.42‰;扬尘δ~(13)C值为-13.45‰.南京地区煤炭烟灰颗粒物的硫同位素较轻,扬尘的碳同位素较重.对比国内外不同污染源δ~(34)S与δ~(13)C值,南京地区大气PM_(2.5)中的潜在污染源的δ~(34)S与δ~(13)C具有明显的区域性.因此,潜在污染源的δ~(34)S、δ~(13)C值可为南京地区大气PM_(2.5)的源解析提供同位素组成源谱支持.     

典型绿洲不同土壤类型有机碳含量及其稳定碳同位素分布特征

土壤有机碳及其稳定同位素组成反映了生态系统碳循环的关键信息,对研究全球变化下陆地生态系统碳动态及碳资源的可持续发展具有重要意义.本研究以阿拉尔绿洲4种土壤类型为研究对象,测定不同深度土壤有机碳(SOC)含量和δ~(13)C值,探讨不同土壤类型有机碳分布、δ~(13)C_(SOC)丰度差异及其与土壤环境因子的关系.结果表明:(1)土壤整体有机碳含量由高到低依次为灌漠土、棕漠土、盐土、风沙土,且在表层(0~20 cm层)具有较大值;δ~(13)C_(SOC)变化范围在-26‰~-23‰,表层(0~20 cm)由正趋负为盐土风沙土灌漠土棕漠土.(2)土壤有机碳含量受土壤类型、深度及其交互作用极显著影响,δ~(13)C_(SOC)受土壤类型、交互作用显著影响;进一步交互效应检验中土壤有机碳受因素水平影响极强,同位素相对较弱.(3)冗余分析发现土壤有机碳与土壤无机碳、全氮、土壤含水量、容重均存在显著或极显著正相关关系,与C/N具有显著负相关关系;δ13CSOC与电导率存在显著正相关关系,与土壤无机碳、土壤含水量均存在极显著负相关关系.土壤环境因子的重要性排序为土壤含水量土壤无机碳容重全氮C/N电导率pH.分析得出土壤有机碳及其同位素在不同土壤类型中呈现出不同变化规律,其土壤类型的效应强于土壤深度,受土壤含水量影响最甚.     

土地利用变化对贵州印江喀斯特小流域水体DIC含量及δ~(13)C_(DIC)的影响

以印江流域水体为研究对象,分别于2014年夏季和冬季采集印江河主干与支流表层水样品,测定并分析其基本物理化学参数、主量离子浓度和溶解性无机碳(DIC)含量及其碳同位素组成(δ~(13)C_(DIC)),结合流域内不同的气候条件和土地利用强度与方式等生态环境条件,对表层水体中DIC的来源及其时空变化特征进行探讨。结果表明:印江河流域表层水p H值呈中性到碱性,水化学组成主要受碳酸盐岩风化的控制,阳离子主要以Ca~(2+)、Mg~(2+)为主,阴离子主要以HCO-3为主,而且主量离子在冬夏季表现出较为显著的差异。印江河流域干、支流水体DIC和主量离子含量向下游总体呈现递增趋势,并随季节呈现夏低冬高的变化趋势,可能与研究区水体上游土地利用强度低而下游存在大量的农耕用地以及当地冬夏季降雨量差异有关。相比之下,印江河流域干流水体δ~(13)C_(DIC)均值为-10.39‰、支流水体δ~(13)C_(DIC)均值为-8.29‰,差异相对显著,反映了作为源头支流水体主要受碳酸盐岩风化影响,支流汇入干流水体过程周边土地利用强度增大、方式多样,影响较为明显。而且该流域干、支流水体δ~(13)C_(DIC)的季节性差异显著,支流水体DIC主要由于水-岩交换在冬季更加富集13C,而干流水体DIC则主要由于生物量效应在夏季相对富集13C,极有可能与当地土地利用强度和方式的季节性变化有关。     

泥炭碱提取液E4/E6值表征泥炭腐殖化度及其古气候意义

采用AMS14C测年技术建立了哈尼泥炭地的年代序列,以泥炭碱提取液的E4/E6值(400nm和600nm处吸光度比值)来表征泥炭腐殖化度,并探讨其指示的古气候意义。研究结果表明:根据泥炭碱提取液E4/E6值与校正年龄的变化曲线,以及将其与哈尼泥炭400nm处吸光度直接表征腐殖化度的曲线进行对比,发现哈尼泥炭碱提取液的E4/E6值对古气候具有很好的指示意义,对全新世以来的气候突变事件以及前人研究的气候时期划分都能得到很好的对应,即哈尼泥炭碱提取液E4/E6值高,泥炭腐殖化度低,指示气候干冷,其E4/E6值低,泥炭腐殖化度高,指示气候暖湿。在今后的研究中,可结合E4/E6值来表征泥炭腐殖化度,并结合磁化率、孢粉等化学物理生物因子以及温度、湿度、水文、地质条件等其他因素来探讨泥炭腐殖化度对古气候的指示意义。     

铜川地区11.4～1.5 ka B.P.期间黄土地球化学风化特征及其古气候意义

通过对铜川剖面黄土-古土壤地层中常量元素和微量元素的地球化学特征进行分析,结合AMS-~(14)C年代学数据,利用Na/K值、CIA(化学风化指数)、A-CN-K三角图、Bc(退碱系数)、Ki(残积系数)、Rb/Sr值和Ba/Sr值等指标,探讨了该地区11.4～1.5 ka B.P.间黄土-古土壤地层的化学风化特征及其古气候意义。结果表明:(1)Na/K、CIA和A-CN-K三角图等分析指示铜川剖面11.4～1.5 ka B.P.间黄土-古土壤地层处于初等化学风化作用阶段。(2)Bc、Ki、CIA、Rb/Sr和Ba/Sr等指标的变化趋势同黄土-古土壤地层具有很好的对应性,较好的记录了铜川地区11.4～1.5 ka B.P.间的气候变化特征,可以将该地区的气候变化划分为4个阶段:11.4～10.2 ka B.P.气候寒冷干燥;10.2～9.1 ka B.P.温度逐渐上升,气候略温偏干;9.1～4.4 ka B.P.气候温暖湿润;4.4～1.5 ka B.P.气候逐渐转为冷干。(3)元素地球化学参数记录的铜川地区全新世最适宜期为9.1～6.0 ka B.P.,并且在6.0～5.0 ka B.P.期间存在次一级的气候恶化事件。     

北京市和厦门市大气 CO2 浓度及 δ13C 值变化特征

本文对北京市和厦门市大气CO_2及δ~(13)C进行观测,研究内陆城市和沿海城市CO_2浓度及δ~(13)C的季节和昼夜变化规律及影响因素,以期为政府制定碳减排政策提供科学依据。北京市和厦门市CO_2浓度均呈现秋冬季高于春夏季,而δ~(13)C秋冬季低于春夏季,季节差异原因可能是秋冬大气边界层降低,化石燃料消耗增加,贫13C的CO_2气体大量排放。观测期间,两个城市日变化模式均表现为CO_2夜间高于白天,δ~(13)C夜间低于白天;且在早晚交通高峰时段,两地CO_2浓度均有不同程度升高,而δ~(13)C有不同程度降低。冬季,北京市由于受西、北部高山阻挡,在东南风条件下使得其夜间大气CO_2浓度显著增高,δ~(13)C值则显著降低。根据两地新增CO_2的δ~(13)C值(δs)推测,北京市受到煤炭燃烧贡献较大,厦门市季节差异较大,推测受植物排放CO_2速率及气象条件等共同影响。     

内华达州莫哈韦沙漠东部土壤的稳定碳同位素化学与气候和植被的关系

沿着莫哈韦沙漠东部的一条现代气候剖面,实验测定了土壤环境的稳定碳同位素组成与现代气候和植被的关系。即使所有海拔上的植物组合都具有类似的同位素组成,土壤CO_2和土壤碳酸盐的δ~(13)C值也要随着海拔的增高和植物密度的加大而降低。一些因素(包括成土方解石与石灰岩方解石之比率的差异、过去植被的差异)被认为可以解释这一趋势。然而,在植物稀少的莫哈韦沙漠,成土碳酸盐的δ~(13)C值受植物密度和生物活动的差异的控制。这一关系可能为评价过去的植物密度(只要这些植物的同位素组成是均一的)提供了一种方法。     

北京上甸子站大气CO2及δ13C(CO2)本底变化

基于北京上甸子站(SDZ)2007~2013年大气CO_2及2009~2013年大气δ13C(CO_2)瓶采样观测资料,筛分获得混合均匀且未受局地污染影响、具代表性的大气CO_2及δ13C(CO_2)本底数据.2007~2013年SDZ站大气CO_2年均本底浓度变化范围为385.6×10-6~398.1×10-6,年均增长率为2.0×10-6a-1;2009~2013年其大气δ13C(CO_2)年均本底值变化范围为-8.38‰~-8.52‰,年均增长率为-0.03‰·a-1.SDZ站2007~2013年的7~9月月均浓度最低水平均出现在2008年,且2007~2008年增长率仅为0.3×10-6a-1,推测主要源于2008年奥运期间北京及其周边省市节能减排措施实施导致碳排放量减少.SDZ站大气CO_2本底浓度季节变化最低值出现在8月,最高值出现在3月,季节振幅达到23.9×10-6;大气δ13C(CO_2)与CO_2季节变化特征大致呈镜像关系,其季节振幅为1.03‰.对SDZ站CO_2源汇的碳同位素"signature"(δs)研究表明,供暖季Ⅰ(01-01~03-14)和Ⅱ(11-15~12-31)的δs分别为-21.30‰和-25.39‰,推测主要源自化石燃料与生物质燃烧的影响;其植物生长季的δbio值为-21.28‰,推测主要来自植被活动的贡献.     

根据液上气体分析研究天然气的生成、运移和聚集

分析了日本油气田26号钻井的液上气体。这些气体的碳同位素值和化学组成表明,甲烷具有不同成因。δ~(13)C1值与镜质组反射率值的对比表明,大部分天热气是从深部迁移来的。除了储集层中的二次分馏物之外,地层试验器试井(DST)测定气体的δ~(13)C1值与同一深度液上气体的δ~(13)C_1位基本相同。液上气体分析的结果因钻井不同而异。这些结果反映出每个地区烃的生成、运移和聚集的影响。     

泥炭中胡敏酸与纤维素δ~(13)C序列初步对比

泥炭纤维素δ13C变化是反映气候干湿变化的一个重要气候代用指标,但泥炭纤维素的提取工序复杂,因泥炭胡敏酸提取方便,为了探索泥炭胡敏酸δ13C对古气候的指示意义,对金川泥炭胡敏酸δ13C与泥炭纤维素δ13C进行了对比研究,发现胡敏酸δ13C序列变化与纤维素δ13C序列变化非常相似,且胡敏酸δ13 C序列的变化更为明显,胡敏酸δ13C值对古气候的干湿变化也具有一定的指示作用,但应用时要慎重。