洞穴滴水-CaCO_3体系氧碳同位素组成的气候意义研究现状和问题

近年来,通过对洞穴滴水-CaCO3体系各项指标的长期监测,以了解现代碳酸钙沉积的形成机制成为了石笋古气候研究的重点。尤其是对滴水-CaCO3体系氧同位素组成(δ18 O)的研究取得了显著的进展。人们在对滴水和CaCO3的δ18 O与古温度关系的研究中,不断地修改普遍使用的关系式,甚至提出了适合自身研究区石笋δ18 O与温度的关系式。无疑这将增加利用石笋氧同位素组成重建本地区古温度的可信度。在对碳同位素组成(δ13 C)的研究中,学者们更加细致地研究了各种影响滴水δ13 C值的因素(如先期碳酸盐沉积PCP、通风条件等),为更好地利用石笋δ13 C重建古气候环境提供了科学支撑。由于洞穴监测条件的限制,至今大多数洞穴都未能建立起完善的自上而下的监测体系,所以对一些δ18 O、δ13 C变化的解译仍然存在多解性和不确定性,有待未来的研究继续加强。     

土壤碳酸氢钠提取态无机磷酸盐中氧同位素分析

土壤中碳酸氢钠提取的无机磷(Olsen-P)是可被植物吸收利用的有效磷.利用磷酸盐中~(18)O和~(16)O组成(δ~(18)O-P)开展土壤磷来源示踪和磷循环转化,具有重要意义.选择0.5 mol·L~(-1)Na HCO_3(pH 8.5)溶液并加入无磷活性炭提取土壤磷,通过Mg(OH)_2-PO_4共沉淀、磷酸铈沉淀等过程分离纯化其中磷酸盐,获得磷酸银沉淀,利用元素分析仪-稳定性同位素比例质谱仪测定氧同位素组成δ~(18)O-P值.结果表明:分离纯化沉淀3个关键过程中磷酸盐的回收率均能达到93%以上,损失较少,未出现氧同位素分馏.X射线衍射仪和氧含量测定表明,实验获取的磷酸银样品纯度较高.加入无磷活性炭可有效去除有机质对δ~(18)O-P测定影响.供试黑土和潮土中碳酸氢钠提取态土壤无机磷酸盐δ~(18)O-P值分别为17.64‰±1.03‰和18.20‰±0.83‰,差异不明显.本文建立土壤碳酸氢钠提取态无机磷酸盐中氧同位素分析测定方法,为农田土壤中磷的循环转化及其溯源研究提供技术支撑.     

溶解磷酸盐氧同位素示踪剂研究进展及展望

磷酸盐氧同位素组成在天然水体磷酸盐来源示踪研究中具有十分重要的意义。文章就磷酸盐氧同位素示踪原理、天然水体中溶解磷酸盐的富集分离纯化方法及磷酸盐氧同位素组成测试技术等方面进行综述,并在此基础上展望了中国在这一研究领域下一步工作重点。     

生物标志物碳同位素组成与富营养化关系研究

以云贵高原富营养化湖泊滇池湖心柱状沉积物(高63 cm)作为研究对象,在对滇池富营养化历史、有机质来源等前期研究基础上,以沉积物中脂肪烃、脂肪酸和脂肪醇等生物标志物分子碳同位素组成为主要研究对象,对比讨论了富营养化过程对主要生物标志物分子碳同位素组成的影响,探讨了水体重度富营养化状态后主要生物标志物分子碳同位素组成的变化规律。研究结果表明,滇池富营养化过程主要影响了藻类源、挺水和漂浮植物源脂肪烃、脂肪醇的分子碳同位素组成,由于富营养状态下水体微生物数量明显增加,结合态和游离态长链脂肪酸中厌氧菌源二次脂肪酸占比增加,导致长链脂肪分子碳同位素组成变化明显。     

生物壳体就位分析中存在的问题及研究进展

生物壳体碳酸盐的稳定氧、碳同位素已经被大量地应用在古气候、古环境研究中。几十年的研究取得了很多重大成果,但是在生物壳体的就位分析研究中仍存在以下几个主要问题:生物壳体氧、碳同位素的解释问题;生物壳体时间序列的确定问题;就位分析研究壳体剖面的选择问题等。解决这些问题对于利用生物壳体提取高分辨率的古气候环境信息至关重要。文章针对这些问题进行了论述,并介绍了国内外为解决这些问题出现的新的研究方法及其最新研究进展。     

巢湖地区早三叠世碳氧同位素地层对比及其古生态环境意义

二叠纪—三叠纪之交的环境恶化事件不但导致了生物大绝灭,而且造成了自然界正常的碳循环崩溃。为了研究三叠纪早期生物复苏过程中的环境特征、碳氧同位素演化上的地层学意义,对巢湖平顶山西坡剖面下三叠统碳酸盐岩取样分析。研究结果表明,巢湖平顶山西坡剖面早三叠世碳氧同位素地层曲线与已知的平顶山北坡剖面碳氧同位素地层曲线相似。δ13C值在Induan阶、Olenekian阶底部首先表现为大幅度负漂,随后呈上升趋势。δ18O值除了表现出1Ma的周期性波动之外,与δ13C低值区对应处也具负偏趋势。δ13C、δ18O值的演化趋势反映了早三叠世海洋环境恶化、生物复苏十分缓慢。     

贵州七星洞石笋文石-方解石序列记录的气候变化

文石-方解石型石笋的矿物相变化可能与气候环境变化存在联系,但中国季风区有关此类石笋的古气候研究比较匮乏.本文对七星洞一个文石-方解石型石笋开展了岩石学鉴定和氧、碳同位素组成分析,发现其文石层的出现与δ18O值、δ13C值的显著偏正存在联系,通过对文石形成的可能机制和δ18O、δ13C值变化的一般规律进行综合分析,验证了该类石笋中文石层出现指示气候干旱的论点.将石笋校正后的方解石δ18O序列与董哥洞δ18O记录进行对比,发现七星洞石笋QXZ文石层指示的干旱事件与董哥洞记录中的弱季风事件存在一定的对应关系,因此,研究该类型石笋的矿物相变化对于全面认识研究区季风变化历史具有重要意义.     

海洋环境中溶解氧稳定氧同位素研究进展

溶解氧(DO)的稳定氧同位素组成(δ18ODO)是水生系统DO生物地球化学循环研究的有效示踪剂之一,不同生物地球化学过程引起的氧同位素分馏会反馈到溶解氧同位素组成上。在近年来水生环境中溶解氧同位素研究的基础上,回顾了溶解氧同位素的分馏机理及其影响因素,以及氧同位素的测试技术和海洋环境中溶解氧同位素的应用。在现阶段取得的主要研究进展基础上,提出今后研究及发展趋势应侧重于同位素分析测试技术的提高,特别是高效、快速、连续预处理方法的建立,基础理论研究和关键物理过程在海洋环境溶解氧同位素分布中的作用及其控制机制等方面。     

上海地区大气水汽氢氧同位素特征及其环境意义

大气水汽作为降水的前体物质,对降水同位素有直接的影响,且水汽同位素研究相对于降水有其独特的优势,因此研究大气水汽的同位素组成对分析本地水汽来源及本地蒸发贡献具有重要的意义.本研究使用低温冷阱法,采集了上海地区2019年冬、春、夏三季的大气水汽,并对水汽氢氧同位素进行测试,分析了D、18O和17O的分布特征,并探讨了环境因素与同位素值的关系.结果表明:上海地区大气水汽氢氧同位素值的季节变化小于降水氢氧同位素;水汽同位素值在冬、春季节与绝对湿度的相关性较好,而在夏季不明显;水汽同位素中δ18O和δD拟合曲线斜率与截距,依次为冬季<春季<夏季,水汽氘盈余(d)值明显高于降水d值,且与相对湿度负相关,相关性冬高夏低;δ18O和δ17O基本符合质量分馏效应,但在冬季略有异常;δD实测值与平衡分馏理论值的差异不大,δ18O的实测值小于理论值,d值实测值明显大于理论值且二者差值与相对湿度有一定的负相关关系.上海地区冬季水汽来源以本地蒸发为主,而夏季受东南及西南季风影响,水汽主要来自海洋输送.     

磷酸盐的氧同位素示踪磷来源及循环研究进展

磷不仅是构成生命有机体的主要元素之一,它在生态系统内的迁移转化也是生态系统结构和功能的决定性因素之一。磷进入河流、湖泊和海洋当中,会促进水体初级生产者浮游植物、藻类、海草等生物的生长。但是磷的过量输入,溶解态磷中的正磷酸盐部分(PO43-、HPO42-、H2PO4-)可作为营养物质被水中藻类摄取并大量繁殖,会破坏水生生态系统的平衡,产生富营养化等一系列问题,所以研究这种形态的磷具有重要的环境意义。因此,研究磷酸盐的来源及迁移转化对于水生生态系统的有效管理和恢复是非常必要的。文章总结了利用磷酸盐中的氧同位素示踪磷物质来源的原理、方法和应用等方面的研究进展,磷酸盐的氧同位素有望成为研究磷的来源和生物地球化学循环的有效方法和重要研究方向。     

硫氧同位素示踪南京北郊大气PM2.5中硫酸盐来源

采用EA-IRMS联用技术对2014年1月南京北郊大气细粒子(PM2.5)中硫酸盐的硫和氧同位素组成进行了分析,结合大气颗粒物化学组成,追溯南京北郊大气PM2.5中硫酸盐的来源,并评估了各污染源的贡献率.结果表明,2014年1月南京北郊硫酸盐气溶胶的硫同位素组成(δ34S)范围为2.7‰~6.4‰,平均值为5.0‰±0.9‰(n=16);氧同位素组成(δ18O)值范围为10.6‰~16.1‰,平均值为12.5‰±1.37‰(n=16).通过气溶胶与可能污染源的δ34S值对比和后向轨迹分析,得出结论:研究区域大气中硫同位素组成主要受当地燃煤中硫的影响,其次是远距离传输硫.此外,有低δ34S值硫源存在,但贡献比较小,可能来自生物成因硫.绝对主因子分析结果显示:人为成因硫和远距离传输硫贡献率分别为46.74%和31.54%.     

东营凹陷沙河街组沉积岩碳氧同位素组成的古环境记录

分析了东营凹陷沙河街组沉积碳酸盐的碳氧同位素组成,结果显示,东营凹陷沙河街组沉积碳酸盐δ13CPDB值介于-2.45‰～+6.44‰之间,平均值为+2.43‰;δ18OPDB值介于-13.98‰～-5.68‰之间,平均值为-9.47‰。δ13CPDB、δ18OPDB之间具有良好的正相关性,指示沙河街组沉积时期,东营凹陷为相对封闭的湖泊环境。在纵向上,沙三段沉积碳酸盐碳氧同位素发生了负漂移,具有最低的δ18OPDB和δ13CPDB,而沙二段沉积碳酸盐具有最高的δ18OPDB和δ13CPDB。东营凹陷古近系湖泊沉积碳酸盐碳氧同位素组成的变化是沉积环境综合作用的结果,指示了区域古气候条件由沙四期的干旱气候,向沙三期的湿润气候转变,至沙二期,气候又经历了短暂的干热阶段。东营凹陷沙河街期的沉积环境特征直接控制了各阶段发育的泥质岩类型及其沉积有机质特征。     

藏南干旱区湖泊及地热水体氢氧同位素研究

青藏高原水循环过程情况复杂,水体氢氧同位素包含了其重要信息.选取西藏南部干旱区淡水湖、咸水湖及地热水水体为研究对象,分析研究区内不同水体氢氧同位素组成、变化特征、影响因素及水循环过程.结果表明,3种水体均表现出了高海拔地区氢氧同位素组成偏负的特点,淡水湖打加芒错δ18O平均值为-17.0‰,δD平均值为-138.6‰,咸水湖朗错δ18O平均值为-6.4‰,δD平均值为-87.4‰,搭格架地热区热水δ18O平均值为-19.2‰,δD平均值为-158.2‰;受内陆干旱区强烈的蒸发作用影响,湖泊及地热水蒸发线斜率均小于8,氘过量d值均为负值;搭格架地热区热储温度较高,氢氧同位素关系存在氧漂移现象.     

典型温冰川区湖泊的稳定同位素空间分布特征

2014年8月对拉市海表层及不同深度湖水进行采样,分析拉市海湖水的氢氧稳定同位素的空间变化及其影响因素,探讨典型温冰川区域湖泊的水文补给特征.结果表明,拉市海表层湖水的δ~(18)O、δD值分别在-12.98‰~8.16‰和-99.42‰~-73.78‰之间波动,平均值分别为-9.75‰和-82.23‰;表层湖水的δ~(18)O及过量氘表现出相反的空间变化特征,有河水注入的区域δ~(18)O值较低而过量氘值较高;垂直方向上过量氘随深度变化较小,表明湖水在垂直方向上混合较充分,不同深度层上过量氘表现出自东向西先增大后减小的变化趋势,这可能与入湖河流的分布、湖泊所处的地理位置及自然条件等密切相关;同位素对比研究发现,拉市海的主要补给源为大气降水及河水,冰雪融水可能间接补给拉市海;对拉市海与青藏高原地区典型湖泊和非冰川区湖泊的氧同位素组成对比发现,冰川区湖泊中稳定同位素表现出明显的高程效应(拉市海除外),δ~(18)O随海拔升高而降低.非冰川区湖泊蒸发效应较为明显,同位素值明显偏正.     

卧龙巴郎山高山灌丛降雨和穿透水稳定性氢氧同位素特征研究

论文对巴郎山区夏季降雨和不同海拔样地穿透水的H、O同位素特征进行了研究。由于8月底9月初冷气团的到来较大地改变了降雨的同位素特征,该地区夏季大气降水线为δD=9.93δ^{18,/sup>O+26.07,偏离全球降水线(GMWL)较多。降雨的温度效应和雨量效应表现出相互交叉的现象,表明该地区温度和雨量是交替起主导作用而引起降雨同位素组成变化的。H的同位素效应比O明显,其原因是H同位素分馏比O剧烈,从而对环境因子的响应比O灵敏,因此H同位素在森林水文研究中比O更有用。H同位素值在不同样地穿透水间存在差异,这是由它们不同的植被结构及周边微环境因子引起的水分蒸发状况和对雾水截获能力差异导致的。穿透水和降雨同位素值间存在较强线性关系。穿透水的同位素值不一定大于降雨,表明影响穿透水同位素值的因素不仅仅是水分蒸发和植被对雾水的截获,而应是多种因素的综合效应,对这些因素的全面了解将对同位素技术在森林水文研究中的进一步应用有重要意义。}     

加拿大艾伯塔省彭比纳Ⅰ普尔底部贝利河组砂岩成岩作用的氧同位素研究

<正> 彭比纳Ⅰ普尔(I-Pool)(底部贝利河组砂岩)自生粘土矿物和碳酸盐矿物的氧同位素组成提供了该单元成矿作用的有用的限制条件。早期成岩绿泥石的δ~(18)O值为+4.2—6.3(SMO     

钢渣-龙须菜系统处理富营养化海水的研究

分别研究了钢渣、龙须菜和钢渣-龙须菜等系统对富营养化海水中硝酸盐、磷酸盐的去除效果,探讨了利用钢渣-龙须菜系统处理富营养化海水的可行性.结果表明,钢渣可有效去除富营养化海水中的磷酸盐,不能去除海水中的硝酸盐.起始密度为3g/L的龙须菜对轻度富营养化海水(硝酸盐:0.3~0.6mg/L,磷酸盐:0.05~0.1mg/L)中硝酸盐、磷酸盐的去除率较高,但是对重度富营养化海水(硝酸盐:4.8mg/L,磷酸盐:0.8mg/L)中硝酸盐、磷酸盐的去除率较低.钢渣-龙须菜系统将钢渣对磷酸盐的物理吸附、化学沉淀与龙须菜对硝酸盐、磷酸盐的生物吸收结合起来,能够显著降低富营养化海水中硝酸盐、磷酸盐的浓度.     

瓶装饮用水的水化学、同位素特征及其指示意义

通过对四类(天然矿泉水、纯净水、矿物质水、苏打水)36种品牌瓶装饮用水的水化学与同位素组成的分析,研究了各瓶装饮用水的水化学和同位素组成特征、水文地球化学形成作用及其水源补给循环特征。研究结果表明:瓶装饮用水的TDS变化幅度较大(7.26~638.23mg/L),纯净水和矿物质水的TDS较低(7.26~47.5mg/L),水化学类型以HCO3-Na型为主,其次为HCO3-Ca·Na型和HCO3-Ca型,Gibbs图和离子比例系数揭示了各类饮用水水源在形成过程中所发生的水化学作用;瓶装饮用水中氢氧同位素组成变化幅度较大(δD:-160.21‰~-43.96‰,δ18 O:-20.91‰~-6.00‰),其同位素组成均分布我国大气降水线附近,表明各饮用水水源主要来自于大气降水补给,西南地区水样中氢氧同位素较为贫化(δD:-160.21‰~-83.83‰,δ18 O:-20.91‰~-11.58‰),东南和华北地区则较为富集(δD:-79.68‰~-43.96‰,δ18 O:-10.9‰~-6.00‰),除东北和西北地区,其他地区氘盈余(d值)均低于全球雨水的平均值10‰,反映各水样的补给水源在形成过程中受到蒸发作用的影响;高程和温度与氢氧同位素有较好的相关性,随高度增加或温度降低,瓶装饮用水中δ18 O逐渐贫化。     

运用硼同位素进行古气候重建的研究进展

海水中硼的同位素组成受海水pH控制,海洋生物碳酸盐形成过程中海水的硼主要以B(OH)4-形式进入碳酸盐晶格,该过程不产生同位素分馏,因此海洋生物碳酸盐的硼同位素组成能够反映海水中B(OH)4-的硼同位素组成,进而指示当时海水的pH值,再根据海水与大气间CO2溶解平衡关系可以间接获得当时大气CO2分压。最近十多年来成功地运用生物碳酸盐硼同位素研究了过去20 Ma以来不同时间段古海水pH演化历史以及大气CO2分压的变化历史,使得硼同位素成为研究古气候的新方法。由于大气CO2分压对海水pH变化的响应非常灵敏,必须对各参数的取值进行严格的论证,而且模型本身的合理性及精确性也要进一步讨论。本文详细地介绍了硼同位素-pH方法的理论模型以及近年来运用该方法研究古气候取得的主要成果,同时对模型本身的研究进展也进行了阐述。     

长江中下游地区丰水期河、湖水氢氧同位素组成特征

稳定同位素技术在示踪水体的来源、演化及不同水体间相互转化关系、污染源已被广泛地应用.基于2018年7月对长江中下游地区长江干流河水和湖水同位素样品收集,本文分析了长江中下游地区丰水期河水和湖水中δ~(18)O和δ~2H组成特征,在此基础上进一步揭示了其空间上演化特征及其影响因素.结果表明长江干流δ~(18)O和δ~2H值自三峡库区向下游地区呈逐渐增大的变化趋势,这与降水同位素变化密切相关.在三峡库区段与宜昌-城陵矶段河水δ~(18)O和δ~2H值无显著差异,而河水d-excess值波动范围较小.在洞庭湖-江汉和华阳-鄱阳湖湖泊群中湖水δ~(18)O和δ~2H值要贫于太湖-三角洲湖泊群,且太湖-三角洲湖泊群湖水中d-excess值为负值,这主要是太湖-三角洲地区受同位素较为富集的降水和强烈的蒸发作用的影响.在淀山湖和大通湖同位素值最大,洞庭湖和鄱阳湖同位素值偏小,这主要是由于长江与鄱阳湖、洞庭湖直接相通,两湖的水情直接受制于长江影响,水位较高,鄱阳湖和洞庭湖同位素组成受长江水补给影响明显.因此,开展长江中下游河湖水同位素的调查研究,这将对充分认识于了解长江中下游地区大气降水-河水-湖水的相互联系与探讨其水资源合理利用和管理提供科学依据.