湖泊沉积中的^10Be含量变化――有助于识别第四纪古冰川的有无

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我国部分南极陨石的分类和宇宙成因核素10Be和26Al的研究

随着我国南极陨石的大量回收，对陨石的研究也越来越深入。本文主要对我国部分南极陨石和沙漠陨石开展了三方面的工作：（1）我国部分南极陨石的分类；（2）陨石中宇宙成因核素10Be和26Al的化学分离、纯化实验；（3）我国部分南极陨石和沙漠陨石的全岩化学组成分析和宇宙成因核素10Be和26Al的初步研究。 1、我国部分南极陨石的分类研究 通过对我国19次南极科考队回收的4448块陨石中24块南极普通球粒陨石的矿物、岩石分析，将这24块陨石化学－岩石类型进行了划分，分别为1个H3型（GRV 021603）、2个H4型（GRV 020200和GRV 021493）、4个H5型（GRV 020048、GRV 020078、GRV 020129和GRV 020236）、2个H6型（GRV 020075和GRV 020226）、1个L4型（GRV 021563）、8个L5型（GRV 020047、GRV 020283、GRV 020297、GRV 021547、GRV 021547、GRV 021581、GRV 021615和GRV 023771）、5个L6型（GRV 020103、GRV 020155、GRV 021505、GRV 021711和GRV 022171）、1个LL4型（GRV 020029）和1个LL6型（GRV 021496）。在此基础上，将我国的南极陨石和美国的南极陨石进行了类型和质量分布模型的对比。结果表明，我国南极陨石比美国南极陨石具有相对高的L群丰度；我国的南极陨石质量分布模型与美国南极陨石一致。 2、陨石中宇宙成因核素10Be和26Al的化学分离、纯化实验 在前人关于陨石中宇宙成因核素10Be和26Al的分离方法基础上，通过多次模拟样品的分离实验，成功地将陨石中Be和Al进行了分离、纯化。并且进一步改善了前人的分离方法，将Be的淋洗液由原来的120ml减少为90ml。在此基础上，用空白样品和吉林陨石的硅酸盐样品对整个化学分离实验进行了检验，并将所获得的BeO和Al2O3粉末用加速器质谱（AMS）进行了10Be和26Al的测试。根据所测定的10Be和26Al数据，计算得到吉林陨石的暴露年龄为0.52Ma，这一结果与前人所获得的吉林陨石第二阶段的暴露年龄0.4Ma接近。这一结果再次证明了陨石中宇宙成因核素10Be和26Al的分离流程是成功的，同时也说明本次所测的吉林陨石样品为吉林陨石第二阶段暴露辐射的样品。 3、我国部分南极陨石和沙漠陨石的全岩化学组成分析以及宇宙成因核素10Be和26Al的初步研究 对我国13块南极陨石和3块沙漠陨石进行了全岩化学成分的分析，其结果进一步证明了这些陨石由岩石、矿物分析所划分的类型的正确性。在这些陨石类型和全岩分析的基础上，对它们进行了宇宙成因核素10Be和26Al的初步分析。得到其中4块南极陨石和2块沙漠陨石的暴露年龄和居地年龄，这些陨石暴露年龄的范围为2.09－3.05Ma，居地年龄为0－0.23Ma。

东菲律宾海铁锰结壳（核）成因与古海洋环境响应

本文以东菲律宾海沉积物表层新型深水铁锰结壳、铁锰结核及结壳下伏沉积物为研究对象，通过对其显微结构构造、矿物组成、元素组分的分析、元素赋存状态的系统研究、铀系和10Be同位素年代学测试，结合结壳（核）成矿背景和控矿要素分析，研究和恢复了研究区深水铁锰结壳（核）的成因与古海洋环境响应。这一结果填补了深海沉积物表层新型深水铁锰结壳系统研究的空白，深化了对铁锰结壳（核）分布规律、成因和形成过程及其古海洋环境记录作用的认识，充实了海底金属成矿理论，为铁锰结壳（核）的勘探与开采提供了理论基础和支持，同时也为研究区晚中新世以来一直不甚明了的构造演化提供了新的研究载体和资料。 通过研究，得出如下结论：（1）研究区铁锰结壳（核）的成矿背景主要受控于南极底流强弱及物源供给的变化；（2）证实铁锰结壳（核）主要为水成成因，同时其物质组成也受一定程度的火山和陆源物质的影响；结壳（核）自形成以来没有遭受到明显的磷酸盐化等成岩后期改造和元素再迁移，具有重要的古海洋学意义；（3）通过新型铁锰结壳及下伏沉积物元素赋存状态的研究，认为生物作用对研究区结壳的形成并没有很大的直接影响，其物质成分主要来自于结壳中铁锰氧化物（氢氧化物）的吸附作用；（4）在控矿要素的研究中，归纳出了地质与海洋两大类结壳（核）控矿要素；（5）根据结壳成分长周期变化趋势，结合铀系和10Be测年结果，将研究区结壳的形成过程划分为三个主要阶段（5.6~2.8 Ma，2.8~2.7 Ma和2.7 Ma以来），并确定了晚中新世以来研究区南极底流的活动情况、火山和大陆来源（风尘）物质输入量的变化。

东北四海龙湾玛珥湖啊1500年来长链烯酮不饱和度温标与古水温重建

The alkenone unsaturation paleothermometer is an important proxy to reconstruct water temperature, and is widely applied to reconstructing sea surface temperature in most oceanographic settings. Recent research indicates that long chain alkenone is preserved in lacustrine sediments, and the alkenone unsaturation has good relationship with mean annual temperature in studied lakes. Thus, the alkenone unsaturation could be used as a temperature proxy to reconstruct temperature in limnic systems. In this study, we analyzed long chain alkenone from the varved sediments in Lake Sihailongwan, northeastern China. Based on the counting varves, we established time scale during the past 1500 years. The distribution pattern in the sediment is similar with the previous study in lacustrine environment. The ratio of C37:4 methyl ketone to the sum of C37 alkenones is high. Based on the published temperature- alkenone unsaturation equation, we reconstructed the mean air temperature and July water temperature during the past 1500 years. Three major cold periods are in AD560-950, AD 1540-1600 and AD1800-1920. Three major warm periods are AD450-550, AD 950-1400 and AD 1600-1800. The Medieval Warm Period was a significant warm periods. However, the traditional “Little Ice Age” was not a persistent cold period, and interrupted by relative longer warm period. The temperature variations in this study show a general similar pattern with the summer temperature reconstruction from Shihua Cave and the winter temperature from historical documents. The temperature variations from long chain alknone record show a good agreement with solar activity (10Be data from ice core and sunspot number from tree rings). It may suggest that solar activity is most important forcing in the studied area.

东南极内陆格罗夫山和外缘拉斯曼丘陵地区基岩暴露年龄及其古气候含义

This paper is concerned of the I0Be and 26A1 exposure ages of bedrocks in the Grove Mountains (GMs), inland of East Antarctica, and in the Larsemann Hills, peripheral alongshore of East Antarctica, respectively. The results of our study indicate that the higher bedrock samples in two profiles in the GMs have minimum exposure ages of-2 Ma, and their 26Al/10Be can be projected into the erosion island, which means they only have simple exposure history. The actual exposure ages may be mid-late Pliocene because the bedrocks should have erosion. The relationship between the altitudes and cosmogenic nuclide concentrations of those higher samples suggests that they have not reached secular equilibrium, means that a higher than -2300m East Antarctic Ice Sheet (EAIS) existed in the GMs before mid-Pliocene, and decreased monotonously for a period since mid-Pliocene. Lower samples of the two profiles have much younger exposure ages, and had been covered at least once obviously implicated by that their 26Al/10Be are projected down to the erosion island. Using a 10Be-26Al project figure to determine the history of the GMs samples shows that the lower samples have minimum total initial exposure and cover time of 1.7-2.8Ma, suggesting that those samples were exposed initially since about late Pliocene too, and the interior EAIS fluctuated after late Plicoene obviously. The altitudes and exposure ages of all the GMs samples indicate that the ice surface level of the interior EAIS in the GMs was >2300m during or before mid Pliocene (more than 200m higher than present ice surface level), and only rose to -2200m during the fluctuation occurred after late Pliocene, thus the elevation of the interior EAIS in the GMs after mid-Pliocene was never higher than during or before mid Pliocene even during the Quaternary Glacial Maximum. According to data from the GMs and other parts of East Antarctica, a larger East Antarctic Ice Sheet existed before mid-Pliocene, thus the elevation decrease of interior EAIS in the GMs after mid Pliocene may be a director of volume decrease of the EAIS. Since the Antarctic climate has a cooling trend since ~3Ma, similar to the global climate change, the volume decrease of the EAIS since mid-Pliocene may beause of moisture supply decrease directly rather than atmosphere temperature change. As for the Larsemann Hills, samples farther to the glacier have exposure age of 40~50ka, means they exposed in the early time of Last Glacier Cycle, obviously earlier than the Last Glacial Maximum (LGM). Samples nearer to the glacier have exposure ages younger than LGM. Thus, different to the GMs, exposure ages of the Larsemann Hills samples have more obvious relationship to their distance from the glacier margin rather than to the altitudes of the samples.

湖泊沉积物碳氧同位素和介形虫Li/Ca比值与古环境重建

了解过去是认识现在和预测未来的基础。晚全新世是PAGES研究的目标时段之一。寻找和解译最近2000年连续、高分辨率自然记录是古气候研究的热点与难点。本项研究有针对性地选择程海、草海和青海湖开展湖泊沉积物环境记录的精细研究，结合14C、210Pb和137Cs定年，系统探讨了碳酸盐碳氧同位素、纤维素碳氧同位素、有机质碳同位素以及介形虫壳体Li/Ca比值指标的古环境指示意义。 通过研究，本论文取得了如下成果和新的认识： 1. 建立了一套有效的四阶段湖泊沉积物有机质纤维素提取方法（5%NaOH碱洗、5%HCl酸洗、亚氯酸钠和冰醋酸混合溶液漂白以及17.5%NaOH碱洗），红外光谱鉴定提取物为纯的α-纤维素，表明该实验方法是可行的，为今后广泛开展湖泊沉积物纤维素稳定同位素研究打下了坚实基础。 2. 多指标综合辨识了程海和草海沉积物碳酸盐主要是自生碳酸盐。程海和草海沉积物有机质C/N比值结合有机质碳同位素结果表明两湖的有机质分别源于水生植物藻类和大型水草。程海和草海沉积物碳酸盐含量主要反映了湖区温度的变化。 3. 程海、草海沉积物碳酸盐与青海湖沉积物介形虫壳体氧同位素组成均反映了湖区降水/蒸发比。降水/蒸发比大的湿润期，碳酸盐δ18O值小；降水/蒸发比小的干旱期，碳酸盐δ18O值大。程海沉积物碳酸盐碳同位素组成影响因素复杂，除了受大气与湖水之间的CO2交换影响外，还受水生植物光合/吸收作用的影响；草海沉积物碳酸盐碳同位素组成更大的变化范围，反映了湖区水生植物光合/吸收作用的影响，其异常的正值可能指示了湖区细菌参与有机质碳同位素分馏过程。 4. 利用草海沉积物有机质纤维素氧同位素定量恢复了湖水氧同位素组成变化。在此基础上，结合碳酸盐氧同位素组成初步恢复了草海地区过去500年来温度变化历史：草海地区在过去500年明显存在四个冷期，包括1550－1610年，1670－1730年，1770－1870年和1890－1920年冷期，其中前三个发生在传统意义上的现代小冰期时段。与其它记录研究结果的一致性表明纤维素氧同位素结合碳酸盐氧同位素是恢复古温度变化的最有效途径之一，同时也为现代小冰期在中国西南地区的存在提供了湖泊沉积学方面的证据。 5. 不同类型水生植物湖泊，湖泊沉积物有机质δ13C值对湖泊初级生产力变化的响应过程不同。大型水草为主的湖泊（草海），其沉积物有机质δ13C值随湖泊生产力的增大呈现增加的变化趋势；藻类为主的湖泊（程海），其沉积物有机质δ13C随湖泊生产力的增大呈现减小的变化趋势，藻类易降解是导致δ13C值随湖泊生产力的增大呈现减小变化趋势的主要原因。 6. 程海沉积物碳酸盐和有机质碳同位素组成的正相关变化以及草海沉积物碳酸盐和有机质碳同位素组成的负相关变化.表明湖泊生产力变化并不是导致碳酸盐和有机质碳同位素正相关变化的主要原因，湖泊水生植物类型以及湖泊大小均起着重要作用。湖泊沉积物碳酸盐与有机质之间的碳同位素分馏（△δ13C）是一种有效的湖泊生产力指示剂，即使是在有微生物参与有机质碳同位素分馏过程的草海，△δ13C值也反映了湖泊生产力的变化过程。 7. 青海湖沉积物单一种属介形虫壳体胖真星介（Eucypris inflata）Li/Ca比值与气象记录以及邻近地区都兰和祁连山树轮宽度指数恢复的古温度变化序列的对比研究揭示，介形虫壳体Li/Ca比值与温度呈明显的负相关变化（Li/Ca比值高，温度低；Li/Ca比值低，温度高），表明介形虫壳体Li/Ca比值是一种有效的古温度代用指标。 8. 青海湖沉积物单一种属介形虫壳体胖真星介（Eucypris inflata）Li/Ca比值、氧同位素与反映太阳活动的大气14C含量和冰芯10Be含量的一致性变化表明青海湖地区温度和降雨量的同步变化主要受太阳活动控制。

植物稳定同位素多尺度、高分辨率古气候信息综合辨识-以安图红松和红原泥炭为例

植物稳定同位素气候学因其具有坚实的理论基础，在古气候研究中倍受关注。同位素“语言”对气候变化的记录是一种“精确”记录。近30多年来，大量科学家不懈努力，提出并完善了植物C、H、O同位素分馏模型，为全球气候变化提供了理想的研究手段。古气候研究面临空前的机遇和挑战；不论是气候规律的发掘以及气候驱动机制的探讨，均需要大力加强。作者利用植物同位素气候学这一理想的研究“工具”，分别选取树轮和泥炭气候历史档案库作为信息载体，开展了中国全新世以来高分辨率、多时间尺度的气候信息综合辨识。我的工作表明：植物稳定同位素组成是理想的气候代用指标。树轮、泥炭档案库相结合，可以获得多尺度（年际、代际、百年以及千年时间尺度）、高分辨率气候信息，对于认识全球气候变化规律以及深入探讨全球气候动力学机制是十分重要的。1、安图红松树轮同位素气候代用记录研究（1）安图红松树轮同位素组成受多种气象因子的联合作用，因而单一地将某一同位素指标与某一气象因子做回归分析所得结果不甚理想。本论文构建了“温度一湿度”复合气候指标，取得了理想的结果。研究发现，不论是树轮δ13C还是δ18O，均与5-8月温湿复合指标显著相关。重建的气候变化与《安图县志》记录的气候变化事件大多吻合。证明这种新的研究方案是可行的，值得在以后的工作中进一步加强。（2）安图红松树轮δ13C灵敏地记录了该区过去200年来5-7月低云量变化。综合分析各种气象要素之间的相关关系以及气象要素与树轮δ13C之间的相关关系，作者认为，低云量对树轮δ13C的影响是一种间接影响。低云量非常显著地影响日照强度以及降雨量等气象因子，进而借助于日照强度及降雨量等气象因子在树轮δ13C中留下自身的变化“印记”。（3）功率谱分析证明，安图红松树轮δ13C、δ18O序列均包含了显著的准2年周期、准4年周期、准10-8年周期。分别是对东亚夏季风准两年振荡（QBO），ENSO准4年周期，太阳活动准11年周期的响应。（4）作者在传统树轮氢、氧同位素分馏模型基础上，同时引入“交换因子”和“蒸腾因子”两个新参数，改进了树轮氢、氧同位素分馏模型。改进的模型能利用树轮H、O同位素组成较准确模拟大气降水H、O同位素组成。改进的模型采用“自适应”方式，具有很大的灵活性，可望用于“用泥炭同位素组成模拟大气降水同位素组成”这项研究中。2、红原泥炭氧同位素气候代用记录研究（1）过去6000年来，红原温度变化趋势与金川、敦德温度变化趋势有很好的相似性，证明中国大多地区温度变化趋势是一致的。6000～4000aBP平均温度水平较低；4000-1500 aBP平均温度水平较高；1500aBP至今平均温度水平相对较低。4000aBP和1500aBP是近6000年温度变化序列中两个显著的转折点。（2）红原温度变化序列中记录到一系列低温突变，这些突变事件与金川、敦德、格陵兰、北大西洋，等等，广泛区域内温度突变事件具有很好的一致性。特别地，每当一次低温突变事件发生，通常有相应的社会结构重整、社会崩溃、古文明坍塌等重大历史事件与之对应。这进一步证实，气候变化（特别是气候突变）对整个社会经济和文明的冲击是十分明显的。（3）近6000年红原、金川温度变化趋势与大气14C变化趋势非常相似，暗示中国地区温度变化的主要驱动力来自太阳活动。功率谱分析进一步证实了这一结论。功率谱分析中最显著的周期信号是88-yr和123-127-yr年周期，体现了一种典型的世纪尺度温度变化特征。3、综合讨论（1）“红原-金川”平均温度变化趋势显示，近千年中国平均温度变化与经典的太阳活动极小期，如Darton极小、Maunder极小、sp6rer极小、oort极小，等等，表现一致。表明中国气温变化主要驱动力来自太阳活动。大约在1050-1250AD期间，中国温度水平较高。而同期大气14C，南极冰心10Be以及模拟的总太阳辐射等均表明太阳活动处于较高水平。大量树轮记录也表明近百年中国并无异常升温。这些资料表明，最近百年气温变化可能并未超出自然变率。（2）提出了“大洋温盐环流一季风”概念模型。这一模型能很好解释北大西洋温度突变与印度洋夏季风突变的一致性、中国东北和西南长期降雨趋势的反相性、北太平洋（温盐环流上翻区）温度记录与北大西洋温度记录的“跷跷板”效应（seesaw effect），等等。大洋温盐环流可能是主宰印度洋夏季风区、东亚夏季风区长期干湿变迁的主要因素。