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石笋氧碳同位素古气候代用指标研究进展 总被引：3，自引：0，他引：3
洞穴石笋以其独立的绝对年龄和稳定的古气候代用指标而成为很好的陆地古气候研究材料。应用U 系定年,可以获得独立精确的日历年时间序列,结合年纹层统计,可以获得年际甚至是季节性变化古气候记录。作为古气候代用指标,石笋氧同位素具有全球可对比性,现已建立了氧同位素的全球气候变化曲线,显示了比深海氧同位素及极地冰芯氧同位素记录更多的优势。石笋δ18O 的影响因素很多,在东亚季风控制区和其它季风控制区,石笋的δ18O 反映了夏季风的强度或者是季风降雨的变化。这些全球可对比的具有高精度绝对定年的石笋δ18O 记录,突破了早期的单一温度控制机理,不仅为古气候学家提供了坚实的古气候变化时间序列,而且使古气候研究能从机理上探讨其变化规律。δ13C不如δ18O 具有全球可对比性,在同位素平衡的开放体系,石笋δ13C 主要反映了洞穴上覆土壤CO2 的同位素特征。因此,一般认为石笋δ13C可直接反映当地植被的特征,包括植被类型C3/C4 比率的变化及植被的茂盛与衰退,在一些地区也可作为大气降水和温度变化的指标。石笋δ13C 很易受到蒸发作用、滴水的快速去气、动力分馏、碳酸盐的先期沉积等影响而使得其数值偏正,应该予以重视。通过介绍石笋氧碳同位素的研究现状,使得读者对石笋的稳定同位素指标有一个初步认识。同时,对今后的研究方向给与一定的探讨。 相似文献
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利用川东北梭子洞石笋SZ2的稳定碳同位素组成(δ~(13)C)高分辨率重建了120~103ka时段的石笋碳同位素序列。SZ2的δ~(13)C变化与该石笋稳定氧同位素组成(δ~(18)O)的长期变化趋势明显不同。在整体变化趋势上δ~(13)C变化与生长速率相似,反映石笋表面滴水时间间隔影响的CO_2脱气作用和CaCO_3沉积可能是影响SZ2的δ~(13)C长时间尺度上变化的主要因素。但在较短时间尺度上,SZ2的δ~(13)C与δ~(18)O变化基本趋势一致,反映了地表植被类型(如C3/C4植被比例)、植被密度、土壤微生物活动以及洞穴通风效应的变化可能是引起SZ2的δ~(13)C短时间尺度上变化的主要因素。 相似文献
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石笋矿物由文石转变为方解石,其碳、氧同位素组成如何变化的认识对于古环境研究具有重要意义。选取江西省神农宫洞石笋SN15进行研究,X衍射分析测试证明其主体部分的矿物组成为文石,部分位置文石转变为方解石。相同层位文石和转变方解石的碳、氧同位素组成分析结果表明,转变方解石与原生文石相比,δ13 C值几乎没有变化;而δ18 O值明显偏负,且不是系统性偏负,偏负范围为0.2‰~1.4‰。因此,原生文石记录的降水氧同位素组成在矿物转变时受到扰动,转变方解石的氧同位素组成信息不能用于高分辨率古气候与古环境研究;碳同位素组成虽然变化很小,使用时也需慎重。 相似文献
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北京石花洞全新世石笋微生长层与稳定同位素气候意义初步研究 总被引：35，自引：8，他引：27
在北京石花洞全新世石笋中发现分辨率很高的微层韵律。通过绝对年代测定和降水记录校订,初步确定石笋微层的年层时标含义和层厚变化响应降水变化的关系。通过对石笋稳定同位素气候意义的分析,提出在季风气候条件下,由于石笋氧同位素主要反映水源氧同位素的变化,因而也反映了季风强弱的变化。碳同位素反映了土壤有机环境的变化。微层层厚与氧同位素主要是自然环境变化信息载体,而碳同位素是自然环境变化叠加人类活动影响的综合信息载体 相似文献
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碳、氧同位素作为反映古沉积环境、成矿物源和水–岩反应等良好的稳定同位素指标,被广泛应用。通过对老挝龙湖钾盐矿区ZK309、ZK301、ZK311和ZK004四个钻孔农波组盐岩上覆泥岩碳、氧同位素组成的分析,讨论了盐岩上覆泥岩沉积的碳、氧同位素组成变化特征及其指示的沉积环境。经分析,所测碳、氧同位素基本代表了碳酸盐碳、氧同位素组成,初步推测这些碳酸盐均为当地自生,受后期改变很少,δ13C和δ18O平均值分别为-5.1‰和-4.6‰,其中δ13C值略高于一般陆相碳酸盐碳同位素最大值–5.69‰,δ18O值介于–2.71‰~–10.8‰之间,ZK309和ZK301钻孔碳、氧同位素相关系数均小于0.7,初步指示盐岩沉积之后沉积环境为陆相。δ13C值略高于–5.69‰,推测是后期盐岩层被淋滤,泥岩层受淋滤后的残余卤水影响的结果,这也解释了蒸发岩沉积层序异常(钾石盐覆盖于光卤石之上)的沉积特征。因此,在本研究中,大气水在泥岩碳、氧同位素的变化中扮演了重要角色。 相似文献
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对贵州荔波董歌洞D4石笋的再次高密度230Th测年及碳、氧同位素分析，在16 ka 以来的部分，平均分辨率达 18a 。研究表明，氧同位素记录除反映季风的强弱变化外，能更好地揭示 H1，BA，YD以及全新世中 9.1ka，8.2ka、4.6ka 气候突变事件。碳同位素记录和沉积速率则能更好地反映气候干湿的变化。石笋记录对气候期的正确划分及突变事件的准确定位及定年，可为全球变化其他记录的研究提供一个可靠时间系列的基准标尺。 相似文献
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《地球化学》2015,(5)
基于川东北宋家洞石笋SJ1的399个稳定碳同位素组成(δ13C)数据建立了末次冰期中晚期(14~43 ka)高分辨率δ13C时间序列。SJ1的δ13C变化与已发表的该石笋稳定氧同位素组成(δ18O)变化趋势非常一致,清晰地记录了该地区植被对D/O事件5-10的敏感响应。东亚夏季风气候控制的地表植被(包括C3和C4植被比例C3/C4变化和植被密度变化)和土壤微生物活动变化可能是影响SJ1的δ13C变化的主要因素。在这些D/O事件发生时δ13C变轻,指示了C3/C4植被比例上升和植被密度增加。此外,受降水控制的岩溶地下水流速影响的水-岩相互作用,石笋表面滴水时间间隔、洞穴空气的CO2分压和洞穴通风效应等因素影响的CO2脱气作用和先期碳酸盐沉积也可能对SJ1的δ13C变化产生了影响。 相似文献
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依据实测的燕山地区(1.6～1.0Ga)高于庄组—景儿峪组114个碳、氧同位素数据,研究、讨论了中、新元古界碳酸盐岩碳、氧同位素组成、演化及其地质意义。研究表明,燕山中、新元古界由下至上的地层序列上,碳、氧同位素表现明显的旋回性演化特征,二者多显正相关关系;δ13C在-3‰～3‰区间低幅、高频振荡;δ18O则表现为-2‰～-8‰的高幅、高频波动;δ13C值的增大与沉积环境由潮间向潮下演变、海平面上升、海水变淡、生物量增多相关;降低的δ13C多代表潮间—潮上环境。高于庄组瘤状灰岩及洪水庄组页岩δ13C为低负值,代表最大海泛期沉积。氧同位素组成和变化指示研究区总体为咸化环境,杨庄组上部和雾迷山组下部古海水盐度最高,之后盐度逐渐降低,至雾迷山组上部又有所升高。研究区与天津蓟县和北京十三陵地区的中、新元古代碳酸盐岩碳、氧同位素组成与演化表现出明显的相似性,反映了它们共同受燕山裂陷槽发育的控制;同时,与北美Belt超群和俄罗斯乌拉尔里菲期碳酸盐岩碳、氧同位素组成、演变的高度协同性,又说明了中、新元古代碳酸盐岩中碳、氧同位素组成、演化响应于全球古海洋背景和地球化学条件。 相似文献
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根据湖北永兴洞石笋(YX51)10个U/Th年龄,470组氧、碳同位素数据建立了深海氧同位素3阶段(MIS3)早期57.7~35.6kaB.P.期间东亚夏季风演化时间序列。在发育时段,千年尺度δ18O峰谷变化与高纬冰芯记录的Dansgaard-Oeschger(DO)事件一致;δ13C呈现出与δ18O正相关同步演化特征,但受区域环境影响,在事件内部细节上存在差异。区域对比表明,同一季风区的永兴洞和葫芦洞石笋δ18O指示的季风降水同位素组成具有本质上一致性;高低纬记录对比显示,千年尺度的峰谷变化一一对应,反映热带辐合带(ITCZ)水汽传输能力、平均位置变化对东亚季风和高北纬气候具有重要影响。在DO13至DO15事件内部,永兴洞石笋δ18O记录了显著的双峰特征,说明低纬季风强度变化和格陵兰冰芯δ18O揭示的次级暖峰具有一致对应关系,指示大气快速传输机制在高低纬环境突变中起着重要作用。 相似文献
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贵州荔波董哥洞3号石笋的同位素年龄及古气候信息 总被引：12，自引：2，他引：12
石笋是岩溶记录中最全面、最系统的古气候环境信息库,研究表明,洞穴内、外环境变化,都不同程度地显示在石笋的组成、结构构造、沉积 (生长 )纹层及其层面构造、沉积速率和古气候环境变化等方面。利用洞穴石笋保存的信息重建古环境,是近 2 0年来的热门课题之一。当前全球气候变化预测研究中,洞穴石笋的高分辨率定年和碳、氧同位素组成的变化规律,为这个领域的突破和填补空白作出了重大贡献。本文通过对荔波董哥洞 3号石笋进行热电离质谱 (TIMS)U-系测年及碳氧同位素分析,获得了距今 16.33万年至 9.13万年的古气候信息。石笋在大于 16.33万年前开始生长,9.13万年后停止生长,平均沉积速率为 2.87mm/ 100a(未扣出间断时间 ),属中更新世的产物。其年龄与δ18O的变化可与深海岩芯V2 8～ 2 38同位素记录所揭示的第五和第六阶段以及与北方离石黄土层 (L2 )和下马兰黄土第一古土壤层 (S1)进行对比。它反映此阶段区内经历了寒冷和温暖 (间夹冷期 )等气候变化,与全球古气候变化波动基本一致,同时也存在地区性的气候变化。 相似文献
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海相碳酸盐热释光灵敏地响应冰期-间冰期地球气候变化,是一个新的古海洋代用指标,但是否适用于陆地沉积物,尚缺少研究.通过测定湖北清江穿心洞石笋(CX-1)碳酸盐热释光和氧同位素组成,探讨石笋热释光的发光机制,开发热释光作为陆地古环境的替代指标,发现空气环境中检测的石笋碳酸盐热释光主要是发光有机质氧化产生的化学发光,为假性热释光.石笋中发光有机质来源于土壤中有机物的降解,其含量与太阳辐射调控的土壤温度有关;热释光曲线与其对应的氧同位素曲线变化趋势相似.因而,石笋碳酸盐假性热释光是反映过去环境变化的一个新指标. 相似文献
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The isotopic carbon ratio of a calcite-precipitating solution flowing as a water film on the surface of a stalagmite is determined by Rayleigh distillation. It can be calculated, when the -concentration of the solution at each surface point of the stalagmite and the fractionation factors are known. A stalagmite growth model based entirely on the physics of laminar flow and the well-known precipitation rates of a supersaturated solution of calcite, without any further assumptions, is employed to obtain the spatial distribution of the -concentration, which contributes more than 95% to the dissolved inorganic carbon (DIC). The δ13C profiles are calculated along the growth surface of a stalagmite for three cases: (A) isotopic equilibrium of both CO2 outgassing and calcite precipitation; (B) outgassing of CO2 is irreversible but calcite precipitation is in isotopic equilibrium. (C) Both CO2 outgassing and calcite precipitation are irreversible. In all cases the isotopic shift δ13C increases from the apex along the distance on a growth surface. In cases A and B, calcite deposited at the apex is in isotopic equilibrium with the solution of the drip water. The difference between δ13C at the apex and the end of the growth layer is independent of the stalagmite’s radius, but depends on temperature. For case A, it is about half the value obtained for cases B and C. In case C, the isotopic composition of calcite at the apex equals that of the drip water, but further out it becomes practically identical with that of case B. The growth model has been applied to field data of stalagmite growth, where the thickness and the δ13C of calcite precipitated to a glass plate located on the top of a stalagmite have been measured as function of the distance from the drip point. The calculated data are in good agreement to the observed ones and indicate that deposition occurred most likely under conditions B, eventually also C. A sensitivity analysis has been performed, which shows that within the limits of observed external parameters, such as drip rates and partial pressure of carbon dioxide PCO2 in the cave, the results remain valid. 相似文献
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湖南省龙山县莲花洞两根大型石笋LLl(文石-方解石型)和LL5(文石型)ICP-MS230Th结果表明,82个年龄数据并不完全符合石笋生长层序律.根据U/Th同位素比值、沉积和矿物学特征,分析了同位素体系开放度对建立石笋正确年代学模式的影响.莲花洞LLl石笋全新世以来234U/238U对230Th/238U的比值具有谐和性特征并且230Th年龄层序正常,说明文石矿物基本接近U/Th同位素封闭系统,实测年龄基本可靠.10～40 ka期间234U/238U与230Th/238U离散度较大和矿物具有溶蚀、风化现象,表明体系发生U加入/流失作用.LL5石笋60～80 ka期间封闭性较好,实测年龄可信.上述结果表明,同一洞穴中文石石笋U/Th同位素体系开放度与时间的关系并不是线性关系,沉积时水文和物理化学性质以及随后的保存状况是决定洞穴文石石笋同位素封闭性的关键因素. 相似文献
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Sophie Verheyden Fadi H. Nader Hai J. Cheng Lawrence R. Edwards Rudy Swennen 《Quaternary Research》2008,70(3):368-381
Dated oxygen and carbon isotopic profiles from a Holocene stalagmite (11.9–1.1 ka) from the Jeita cave, Lebanon, are compared to variations in crystallographic habit, stalagmite diameter and growth rate. The profiles show generally high δ18O and δ13C values during the late-glacial period, low values during the early Holocene, and again high values after 5.8 ka. On the basis of the good correlation between the morphological and crystallographic aspect of the stalagmite and its isotopic records, as well as the isotopic response of speleothems from central and northern Israel, we relate high δ18O and δ13C values to drier conditions. Between 6.5 and 5.8 ka an increase in isotopic values, a decrease in growth rate and stalagmite diameter suggest a transition from wet conditions in the early Holocene towards drier conditions in the mid-Holocene. The transition occurred in two steps, first a progressive change to drier conditions started at 6.5 ka but was interrupted by a short ( 100 years) return to wetter conditions, followed by an equally rapid (< 200 years) change to drier conditions. 相似文献
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Denis Scholz Christian Mühlinghaus Augusto Mangini 《Geochimica et cosmochimica acta》2009,73(9):2592-695
We derive equations describing the evolution of the carbon and oxygen isotope composition of the bicarbonate in a calcite precipitating solution on the surface of a stalagmite using a classical Rayleigh approach. The combined effects of calcite precipitation, degassing of CO2 and the buffering effect of the water reservoir are taken into account. Whereas δ13C shows a progressive increase to a final constant value, δ18O shows an initial isotopic enrichment, which exponentially decays due to the buffering effect of the water reservoir. The calculated evolution is significantly different for both carbon and oxygen isotopes than derived in a recent paper [Dreybrodt W. (2008) Evolution of the isotopic composition of carbon and oxygen in a calcite precipitating H2O-CO2-CaCO3 solution and the related isotopic composition of calcite in stalagmites. Geochim. Cosmochim. Acta72, 4712-4724.].Furthermore, we discuss the isotopic evolution of the bicarbonate in the solution for long residence times on the stalagmite surface, i.e., for t→∞. The equilibrium isotope ratio of the bicarbonate is then determined by isotopic exchange between the cave atmosphere and the bicarbonate in the solution and can be calculated by equilibrium isotope fractionation. For strongly ventilated caves exchange with the cave atmosphere will result in higher δ13C and δ18O values than those observed in a pure Rayleigh distillation scenario, for sparsely ventilated caves it will result in lower δ13C and δ18O values. 相似文献
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Kyoung-nam Jo Kyung Sik Woo Hyoun Soo Lim Hai Cheng R. Lawrence Edwards Yongjin Wang Xiuyang Jiang Ryeon Kim Jae Il Lee Ho Il Yoon Kyu-Cheul Yoo 《Quaternary Science Reviews》2011,30(9-10):1218-1231
Textural and stable isotopic records from the absolute-dated stalagmite of the Daeya Cave (DY-1) provide new insights into the climatic evolution of the Korean Peninsula during the Holocene and Eemian climatic optima. The stalagmite yielded ages of 8572 ± 227 to 5907 ± 158 and 1,23,456 ± 535 to 1,19,837 ± 1089 years, which coincide with the Holocene and Eemian climatic optima, respectively. The stalagmite’s δ13C record closely resembles previously reported Chinese speleothem δ18O data. Thus it can be suggested that textural and geochemical results of the DY-1 reflect East Asian monsoon intensity, which is forced by summer insolation patterns in the northern hemisphere. Lighter carbon isotopic compositions, well-developed fibrous calcite crystals, and their relatively faster growth rate in the stalagmite sample are interpreted to reflect the warmest and wettest climate conditions of the Holocene and Eemian interglacials. Both climatic optima took place when insolation was decreasing from its maximum level, temperature in Greenland was highest, and sea level approached its maximum level. These climatic optima also coincide with decreasing Antarctic temperatures. Compared the DY-1 data to other proxies, it is suggested that the Holocene and Eemian climatic optima developed through a balance among boreal insolation, monsoon intensity, and sea level (also continental ice volume), which are the main climatic forcing factors in the northern hemisphere. These trends also follow the bi-polar seesaw mechanism as previously described. 相似文献
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根据最近的研究结果,中国季风区同一洞穴或同一区域的晚全新世石笋氧同位素序列具有较好的重复性,表明中国季风区的石笋氧同位素短尺度(10～100年尺度,后同)变率所具有的信号强于噪音。通过进一步比较分析发现,一些石笋氧同位素记录虽然来自距离上千公里之遥的不同区域,但它们的波动形式在年代际至世纪尺度极其相似,说明它们是一致的大区域信号,但多数石笋氧同位素序列未能校准到本区器测的降水或温度记录上。通过与中国气候学家建立的各类季风指数比较,发现这些具有一致大区信号的中国石笋氧同位素序列与海平面气压差指数或海陆温差指数关系最好。再通过与印度洋－太平洋海域海平面气压差、以及许多海、气环流观测记录对比,发现中国季风区石笋氧同位素序列记录了20世纪后期最强的一次全球海、气环流年代际均值突变,由此初步确认了中国季风区石笋氧同位素短尺度变化的环流意义： 当印度洋海水和中东太平洋海水温度偏低时,西太平洋副热带高压偏北东缩而弱,中国季风区内来自印度洋的水汽份额增大,由于这些水汽的输送路程很远,导致中国季风区的雨水氧同位素及石笋氧同位素较轻; 而当印度洋海水和中东太平洋海水温度偏高时,西太平洋副热带高压偏南西伸而强,中国季风区内来自印度洋的远源水汽份额减少,而来自西太平洋的水汽份额增大,由于后者输送路程较近,导致中国季风区的雨水氧同位素及石笋氧同位素较重。由此命名瑞利分馏原理所决定、反映印度洋/太平洋海、气环流转变且大区域一致的中国季风区石笋氧同位素10～100年尺度变化为“环流效应”。 相似文献
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作为古气候代用指标,石笋氧同位素为亚洲季风演化研究提供了一系列可靠的证据。然而,关于石笋氧同位素指示的气候意义一直存在争论。本文选取了位于神农架地区海拔1250～2250m的黑龙洞、青天洞和三宝洞3个洞穴进行对比分析,发现不同海拔洞穴石笋δ18O在波动形式上相同,但绝对值存在约-0.1‰/100m的系统差,而大气降水的在该地的海拔效应约为-0.2‰/100m。为此,我们认为,石笋δ18O除了受季风降雨的影响外,不同海拔的温度梯度也对石笋δ18O具有较大的贡献。结合洞穴年均温度,初步估算石笋δ18O的温度效应约为-0.25‰/℃,与O’Neil的同位素平衡分馏计算结果相同。 相似文献