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《碳酸鹽巖碳氧同位素與古氣候古環(huán)境》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線(xiàn)閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、碳酸鹽巖碳氧同位素與古氣候古環(huán)境 摘要:在地球科學(xué)中碳氧同位素廣泛應(yīng)用于成巖成礦作用、古海洋、石油天然氣成因研究。而碳氧同位素在反映古氣候古環(huán)境中尚屬比較新穎的應(yīng)用,文章在閱讀相關(guān)文章基礎(chǔ)上,進(jìn)一步闡明了不同環(huán)境下碳酸鹽巖中的碳氧同位素反映古氣候古環(huán)境的機(jī)理。 關(guān)鍵詞:碳酸鹽巖;碳氧同位素;古氣候;古環(huán)境 引言 過(guò)去的幾十年里,碳酸鹽巖中的碳氧同位素相關(guān)研究日益增加,因?yàn)橥ㄟ^(guò)對(duì)湖相碳酸鹽巖中碳氧同位素的數(shù)據(jù)分析,在一定程度上重新構(gòu)建過(guò)去時(shí)期的古氣候和古環(huán)境方面的變化。文章以湖湘碳酸鹽巖,石筍中的碳酸鹽巖以及黃土中的碳酸鹽巖為例,較為具體說(shuō)明了三種碳酸鹽巖中的碳氧同位素的
2、含量變化對(duì)應(yīng)著怎樣的環(huán)境氣候(溫度,蒸發(fā)降水量,植物種類(lèi)茂盛程度)變化?! ?湖相碳酸鹽巖中的碳氧同位素 ?。?)在湖泊沉積中,碳酸鹽巖中δ18OPDB與δ13CPDB間的相關(guān)性,反映著湖泊水文條件,若δ18OPDB和δ13CPDB之間是呈正相關(guān)關(guān)系,則反映為封閉性的湖泊,如果它們之間相關(guān)系數(shù)大于0.70,則湖泊的封閉性是比較好的。例如由于丹麥BlidenLake沉積碳酸鹽巖中δ18O和δ13C之間相關(guān)系數(shù)為0.4,因此Olsen等認(rèn)為丹麥BlidenLake是開(kāi)放性的?! 。?)湖泊中的碳酸鹽巖(或泥灰?guī)r)δ13C含量變化主要與氣候,蒸發(fā),湖泊生產(chǎn)力有關(guān)。對(duì)于封閉性較好的湖泊
3、,湖泊生物生產(chǎn)力以及蒸發(fā)作用(通過(guò)大氣中CO2與湖泊水體間的交換)影響著沉積碳酸鹽δ13C值。在開(kāi)放性湖泊中沉積碳酸鹽的δ13C的影響因素較多且較復(fù)雜,主要與氣候,蒸發(fā),湖泊生產(chǎn)力有關(guān)。例如青海湖,由于湖中水量遠(yuǎn)大于入湖水量,而且湖中DIC含量遠(yuǎn)大于入湖淡水中的DIC含量,故青海湖可以看做封閉性湖泊;水生植物的光合作用和呼吸作用影響著δ13CDIC;蒸發(fā)作用下,湖泊水體急劇減小,湖泊深層水與表層水將會(huì)加速混合而影響δ13CDIC;由于水體中CO2和大氣CO2交換導(dǎo)致湖水δ13CDIC的變化,反映著當(dāng)時(shí)蒸發(fā)作用強(qiáng)弱(尤其當(dāng)湖水CO2分壓低于大氣CO2分壓時(shí))。 ?。?)對(duì)于氧同位
4、素組成的受控因素相關(guān)討論比較少。在湖泊泥灰?guī)r中,δ18O值的影響因素應(yīng)該是蒸發(fā),氣候,氣溫,濕度等因素綜合作用。a.降水蒸發(fā):湖泊降雨量和蒸發(fā)量與δ18OPDB的值密切聯(lián)系,當(dāng)降水充足時(shí),湖水會(huì)增加大量貧δ18O的水體,因此湖水δ18OPDB值就較低;相反,如果蒸發(fā)量大于降雨量,此時(shí)湖水的氧同位素會(huì)發(fā)生分餾,導(dǎo)致湖水δ18OPDB值增加。例如北京石花洞石筍相關(guān)研究表明,在分辨率<10a的時(shí)間尺度上,石筍中δ18O的記錄主要反映了降雨量的變化,降雨量增加,則δ18O值相應(yīng)偏低。b.氣溫的影響:在較高的湖水溫度和較為溫暖的氣候階段,δ18Ocar較低,而湖水溫度較低的,天氣比較寒冷
5、的階段,有高的δ18Ocar?! ∷栽诜忾]湖泊體系中湖泊中的沉積碳酸鹽δ18O值的大小主要受降水/蒸發(fā)控制。而在開(kāi)放性湖泊中主要是蒸發(fā),氣候,氣溫,濕度等因素綜合影響。 2石筍的碳氧同位素記錄和古氣候重建 ?。?)由于石灰?guī)r其中的碳酸鈣與溶有二氧化碳的水反應(yīng),會(huì)生成較容易溶解的碳酸氫鈣,而生成的碳酸氫鈣的水在溫度升高或當(dāng)壓強(qiáng)突然變小條件下,它就會(huì)分解,重新沉淀出碳酸鈣,同時(shí)放出二氧化碳。日積月累就會(huì)自下向上生長(zhǎng)的是石筍,從上往下生長(zhǎng)的是石鐘乳。所以石筍中的碳酸鹽巖碳氧同位素含量主要與溫度,水量以及石灰?guī)r中CO2有?P聯(lián)?! 。?)對(duì)于氧同位素,由于大氣降水的同位素組成同時(shí)受
6、氣溫和降水量影響,而氣溫又與降水量有關(guān),故石筍碳酸鹽氧同位素的主要影響因素可以認(rèn)為是受到降水量的影響。而對(duì)于碳同位素,由于石灰?guī)rCO2的主要來(lái)源是植物根系的呼吸和植物有機(jī)質(zhì)的分解,不同植物(C3植物和C4植物)有不同固碳方式,而不同氣候下又有不同植物繁盛為主。所以可以間接認(rèn)為碳酸鹽巖中碳同位素反映著古氣候?! 。?)張美良將水南洞石筍碳氧同位素記錄與海洋海水表面溫度、深海海底生物的氧同位素記錄、格陵蘭冰芯的記錄以及我國(guó)鄰海、湖泊、黃土剖面以及北京周口店猿人洞堆積物等記錄進(jìn)行了對(duì)比,發(fā)現(xiàn)反映地古氣候變化趨勢(shì)基本一致。表現(xiàn)為冷濕或涼濕的氣候階段向表現(xiàn)為暖溫濕潤(rùn)的氣候環(huán)境轉(zhuǎn)化,然后達(dá)
7、到一個(gè)亞時(shí)段東亞夏季風(fēng)極為強(qiáng)盛,氣溫明顯升高的階段?! ?黃土沉積物中碳酸鹽的碳氧同位素組成特征與古氣候 (1)黃土成因多種,比如風(fēng)成說(shuō)――反氣旋風(fēng)將荒漠或冰川區(qū)顆粒吹送到草原地帶形成黃土;水成說(shuō)――水搬運(yùn)土物質(zhì)堆積形成黃土;風(fēng)化殘積說(shuō)――當(dāng)?shù)馗鞣N巖石在干燥氣候條件下經(jīng)過(guò)風(fēng)化成土作用。其中風(fēng)成說(shuō)貢獻(xiàn)最大,大量研究證實(shí),黃土是風(fēng)積而成?! 。?)黃土中的碳酸鹽有原生和次生之分。來(lái)源于源區(qū)的含有碳酸鹽的碎屑顆粒,這些黃土中的碳酸鹽即為原生碳酸鹽;而在黃土堆積過(guò)程中,由于后期生物作用以及降水的淋