总有机碳同位素组成在古环境研究中的应

沉积物或动物化石中的总有机碳同位素组成记录了当时生态植被状况及气候环境信息,对有机碳同位素指标的研究可解译其蕴含的地质历史时期气候和构造事件及变化特征、定量重建古生态系统中植被结构、推断C4植物的起源、扩张等,应用甚为广泛。本文主要概述了总有机碳同位素在古环境研究中应用的基本原理,介绍了在各类载体中获取其数据的实验方法步骤,对其在古环境研究中的地位与作用以例证说明,展示其应用的大好前景。     

富铁沉积岩的古环境

引言 现在关于沉积岩形成环境的解释,是以沃尔瑟(Walther)的“对比沉积学”的方案为基础的。对于近代沉积作用的观察,可使之建立水动力作用-响应模式,根据该模式,所观察到的沉积物的内部组织(即沉积物的形状、结构和构造)是与沉积作用的水动力过程有关,所观察到的沉积物特性的垂直顺序则与所观察到沉积事件的时间顺序有关。     

西伯利亚金伯利岩岩管的碳酸盐中碳和氧同位素组成

<正> 金伯利岩中的碳酸盐物质可分三种:盖层碳酸盐俘体、可能属于深源的碳酸盐胶结物以及岩浆成因的深成碳酸盐碎屑(这种因无样品未测)。盖层碳酸盐俘体常受改造,形成同心的带状结构,外带为浅色。分带俘体中,δ~(13)C从-0.3到-20.4‰,δ~(1 )O从+15.3到+27.9‰。无分带俘体的δ~(13)C从-2.7到-9.5‰,δ~(1 )O从+15.6到+19.9‰。大多数分带俘体外带贫~(13)C,而氧同位素变化不定,周围的金伯利岩物质,其同位素含量范围也很宽:δ~(1 )C从-2.1到-16.9‰,δ~ O从+14.0到+25.4‰。与正常沉积的海洋碳酸盐(δ~(1 )C近于0,δ~(1 )O从+25到30％)相比,俘体的轻同位素~(12)C和~(16)O的含量较     

贵州草海沉积物纤维素氧同位素研究及其古环境意义

纤维素在湖泊沉积过程中不易发生分解,故其稳定同位素组成能真实地反映原始环境信息。本文在建立一套有效的四阶段(酸洗、碱洗、漂白及碱洗)湖泊沉积物纤维素提取基础上,成功测定了近500年草海沉积物纤维素氧同位素组成。草海纤维素氧同位素组成与董哥洞石笋恢复的降雨量的一致性变化表明纤维素氧同位素主要反映湖水氧同位素组成,进而指示了湖区降雨量变化。     

干酪根的碳同位素组成及其意义

笔者对南阳、泌阳及倪丘集三个凹陷不同时代、不同沉积环境的62个干酪根样品进行了元素分析、透射和反光镜鉴定及碳同位素分析,结果表明:(1)干酪根的碳同位素组成与其化学类型之间不存在明显的依赖关系;(2)海相碳酸盐岩中的干酪根富含~(12)C(δ~(13)C<-28%),干酪根的δ~(13)C值不能有效地反映海、陆相有机质的相对输入;(3)随沉积-成岩过程中有机质氧化程度的加深,干酪根的碳同位素组成变重(δ~(13)值增大)。     

植物及土壤碳同位素组成对环境变化响应研究进展

植物和土壤的δ13C（碳同位素组成）能可靠记录环境信息,综合反映植物的生理生态特征以及碳循环过程中的生物化学过程,为人们理解生态系统碳循环提供有用信息.因此,研究植物和土壤的δ13C与环境因子的关系可以揭示生态系统碳循环的格局及其控制因子,进而有效预测全球变化及其对生态系统的影响.对植物和土壤的δ13C以及二者的差值（Δδ13C）与气候因子（如温度、降水量、大气压强等）、土壤因子（如C/N、土壤质地、土壤pH等）的关系进行了综述.现有研究表明:C₃植物的δ13C与降水量、大气压强均呈负相关,与温度的关系非常复杂,而针对C₄植物和在群落水平上开展的研究还较少;土壤δ13C与降水量、土壤C/N、土壤w（粉粒）及w（黏粒）均呈负相关,与温度、土壤pH、土壤w（砂粒）均呈正相关,然而环境因素间的耦合作用使得情况复杂化,多种环境因素的匹配关系究竟如何影响土壤δ13C的机制问题仍有待深入研究;Δδ13C能够更加全面准确地反映土壤碳循环信息,但对其与环境因子关系的研究较少,并且影响Δδ13C的驱动因子及机制也不明确.因此,在土壤-植物体系内,同时在物种和群落水平上,进行植物和土壤δ13C特别是Δδ13C与环境因子关系的研究,能够更加准确地预测和揭示环境变化对生态系统碳循环的影响,这也将是今后该领域的研究重点.      

贵州施秉云台山白云岩类型、碳氧同位素组成及沉积环境

云台山景区位于贵州省东部的施秉县,是世界自然遗产提名地,发育白云岩喀斯特地貌。景区白云岩不仅是形成景观的物质基础,而且蕴含着丰富的岩石学、沉积学及地球化学信息。景区白云岩为准同生成因,岩石类型多样,主要有粉-微晶白云岩、不等晶白云岩、细-粉晶藻砂屑白云岩、层纹-条纹-条带-薄层状藻砂屑微-泥晶白云岩、亮-泥晶藻鲕粒藻砂屑白云岩及角砾状泥晶白云岩等6类。白云岩的δ13 C值变化在-1.81‰~1.44‰之间,平均值-0.78‰;δ18 O值变化在-7.39‰~-4.1‰之间,平均值-5.11‰。白云岩的沉积构造,既有层理构造,也有层面构造。层理构造主要有水平层理和水平条带层理,层面构造有对称波痕、不对称波痕及叠置波痕。景区白云岩的类型、结构、沉积构造及碳氧同位素组成特点所反映的沉积环境为局限碳酸盐台地,其水体较浅,但咸化程度高,水动力强度弱-中等。     

13.5~2.5 Ma索尔库里盆地沉积物碳氧同位素对古气候演化的记录

索尔库里盆地位于青藏高原东北缘,柴达木盆地的北部,气候恶劣、交通不便,研究资料匮乏。通过对索尔库里北盆地彩虹沟剖面新近纪中后期沉积物的古地磁测年和碳酸盐碳氧同位素质谱分析,揭示了索尔库里盆地13.5~2.5 Ma长序列气候演变过程。13.5~9.2 Ma时期相对冷干,9.2~5.3 Ma时期相对温湿,5.3~3.9 Ma时期相对暖湿,3.9~2.5 Ma时期再次转为冷干。11 Ma左右,青藏高原东北缘隆升到阻止印度洋暖湿气流向北方运输的高度,地处走滑盆地的索尔库里地区逐渐变得极其干旱,标志着亚洲内陆干旱化在此背景下开始。红粘土磁化率和碳氧同位素变化等证据显示,西风在本区贯穿始终,而季风的出现加剧了亚洲内陆古气候的干湿更迭,对区域及全球古气候重建具有重要意义。     

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。     

中国主要类型锑矿床氢、氧、碳同位素组成及地球化学特征

中国主要类型锑矿床中主要矿物的δ18O值从 +5.2‰～ +2 5.84‰ ,离差值为2 0 .64 ;实测与计算的δ18OH2 O值从 -8.0 3‰～ +1 5.9‰ ,离差值高达 2 3 .93 ;矿物包裹体分析的δDH2 O值变化范围从 -1 2 4 .3‰～ -3 8.0‰ ,离差值达 86.3 ;矿物样品的δ13C值变化范围为 -9.73‰～ +1 .79‰ ,离差值为 1 1 .52。经综合研究后认为锑矿床的成矿流体是多源的 ,既有岩浆水、变质水和大气降水 ,也有地层封存水、海水和吸附水加入成矿流体。因此 ,锑矿床的成因较复杂 ,应根据成矿物质来源、成矿作用等的差异 ,分别研究各类矿床的特征 ,才能较好地指导找矿勘查工作。     

秸秆烟尘和灰烬中元素碳的稳定同位素组成

选取稻草、麦草和玉米秸秆各6个品种,进行室内模拟焚烧试验,用同位素质谱计测定了灰烬和烟尘中元素碳(EC)的同位素比值.结果表明,稻草明火和闷烧烟尘中EC的δ13C平均值分别是-28.3‰、-28.7‰,比稻草总碳分别轻2.7‰、3.0‰.麦草明火和闷烧烟尘中EC的δ13C平均值分别为-28.5‰、-28.0‰,比麦草总碳分别轻0.1‰、重0.4‰.玉米秸秆明火和闷烧烟尘中EC的δ13C平均值分别为-17.2‰、-13.6‰,比秸秆总碳分别轻3.4‰、重0.2‰.在稻草明火和闷烧灰烬中,EC的δ13C平均值分别是-27.5‰、-27.3‰,比稻草总碳分别轻1.8‰、1.6‰.在麦草的明火和闷烧灰烬中,EC的δ13C平均值分别为-27.4‰和-26.0‰,比麦草总碳分别重0.9‰和2.4‰.在玉米秸秆的明火和闷烧灰烬中,EC的δ13C平均值分别为-15.0‰和-14.8‰,比玉米秆总碳分别轻1.2‰和1.0‰.3类秸秆,尤其是稻草和玉米秸秆,其烟尘和灰烬中的EC均发生了明显的同位素分馏.其同位素组成对于识别和估算大气气溶胶中此类秸秆燃烧来源的EC有参考意义.     

非质量氧同位素分馏效应研究进展

非质量氧同位素分馏效应(mass independent oxygenisotope fractionation)研究为一些重大地质科学问题的解释开辟了一条新途径。在简要介绍非质量分馏理论后,重点评述了非质量氧同位素分馏效应的研究进展,包括非质量同位素分馏效应的成因机制、氧同位素组成分析方法建立及其在环境地学领域的应用。并对非质量氧同位素分馏领域未来研究趋势作了进一步探讨。     

氢氧稳定同位素在植物水分来源研究中的应用

植物的生长和分布与水分的可利用程度紧密相关,不同生态系统中的植物如何利用水分,以及这些植物在季节变化中的水分利用模式有何变化,特别是在水资源匮乏的干旱地区,如何合理配置有限的水资源,以使植物有效吸收利用水分,维护生态环境不致恶化,这些问题的回答都离不开植物水分来源的研究.本文介绍了氢氧稳定同位素示踪植物水分来源的原理以...     

碳氮氧同位素解析典型岩溶流域地下水中硝酸盐来源与归趋

利用多同位素(C、N和O)和水化学方法解析贵州八步地下河流域水体中硝酸盐(NO3-)来源与转化过程,利用SIAR模型定量计算NO3-不同输入端的贡献比例.结果表明,研究区地下水NO3-污染严重,近38％的地下水样品NO3-超过饮用水限值.地下水的δ15N-NO3值介于2.3‰～30.33‰,均值9.68‰,δ18O-N...     

基于稳定碳同位素技术的干旱区绿洲土壤有机碳向无机碳的转移

应用稳定碳同位素技术测定土壤无机碳稳定碳同位素组成(soil inorganic carbonδ13C,SICδ13C),并对干旱区绿洲土壤无机碳进行区分,结合土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)与SIC含量关系进一步探讨SOC向SIC转移的碳量.结果表明,4种类型土壤SICδ13C值差异性极显著(P0.01),风沙土SICδ13C值最高且为正,均值为(0.32±0.04)‰,随土层深度增加而增加,说明风沙土原生性碳酸盐占绝对优势;灌漠土、棕漠土和盐碱土SIC的δ13C均值分别(-0.30±0.24)‰、(-1.96±0.66)‰和(-1.24±0.49)‰,随土层变化均呈先降低后逐渐增大的趋势,说明灌漠土原生性碳酸盐占优势,棕漠土和盐碱土发生性碳酸盐相对前者占优势.风沙土、灌漠土、棕漠土和盐碱土的发生性碳酸盐占SIC比例均值分别为1.33%、4.72%、15.01%、35.71%,均小于50%,说明干旱区绿洲土壤发生性碳酸盐比例总体水平较低.风沙土、灌漠土、棕漠土和盐碱土在土壤发生性碳酸盐形成或重结晶过程中固定土壤CO2的量分别为0.30、2.44、4.96、12.40 g·kg~(-1),其中固定来自大气CO2量平均为0.18、0.79、1.45、8.67 g·kg~(-1),来自SOC氧化分解转化为CO2的量分别为0.06、0.83、1.62、1.86g·kg~(-1),说明盐碱土、棕漠土SOC的贡献相对较高,灌漠土、风沙土较低;对土壤固定CO2量的来源比较发现,风沙土、盐碱土固定土壤CO2的量来自大气CO2量较高,SOC的贡献较低,而灌漠土、棕漠土固定来自SOC氧化分解CO2的量较高,大气贡献较低.研究区整体SOC向SIC的碳转移量介于0.03~2.38 g·kg~(-1)之间,平均每千克土壤固定1.09 g的CO2,说明干旱区绿洲土壤发生性碳酸盐所占比例较低,SOC的贡献较少.     

上海地区大气降水中氢氧同位素特征及其环境意义

本研究基于上海地区2016年9月～2017年8月期间采集的大气降水样品,测定并分析了雨水中δD、δ¹⁸O和δ¹⁷O特征,进一步探索氘盈余（d值）和¹⁷O盈余的环境意义。结果显示：（1）降水同位素年内变化明显,δD、δ¹⁸O和δ¹⁷O同位素比值冬春偏重、夏秋偏轻,单次降水过程中同位素呈不断贫化的趋势;（2）δ¹⁸O存在降雨量效应和反温度效应：大气降水线方程、d值显示上海地区气候整体温和湿润,蒸发作用相对较小;冬春季降水较少,相对湿度较小,同位素较富集;夏秋季降水较多,相对湿度较高,同位素较为贫化;（3）综合分析¹⁷O盈余,发现上海地区大汽降水的水汽处于从海洋向陆地转移的过程当中,在运移过程中受到沿途陆表蒸发,且雨季的大气降水来源主要为海洋气团,干季主要来源于内陆,以本地蒸发为主。     

改进沉淀法在溶解性无机碳稳定同位素测定中的应用研究

水体中溶解性无机碳(Dissolved inorganic carbon, DIC)的稳定碳同位素比值(δ¹³C_DIC)是揭示碳循环过程的重要技术指标。DIC的分离和富集是测定δ¹³C_DIC的基础,也是影响δ¹³C_DIC测定准确度的主要过程之一。沉淀法和气体法均为常用的DIC分离和富集方法。相比于气体法,沉淀法操作流程简单,适用性较强,在δ¹³C_DIC测定过程中具有广阔的应用前景。然而,基于沉淀法的DIC分离和富集过程中常存在碳稳定同位素分馏问题。为此,本研究在综合气体法和沉淀法优缺点的基础上,以超声时间,水浴温度和氮气吹扫速率为自变量,以δ¹³C_DIC的理论值与实测值之间绝对误差的最小化为目标,采用响应面法对传统NaOH-BaCl₂沉淀法进行了改进。基于改进沉淀法测定的δ¹³C_DIC理论值与实测值之间的...