环境地化第6讲

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1、环境地球化学 第1页,第三节:黄土研究与全球变化,中国黄土分布区域,环境地球化学 第2页,第三节:黄土研究与全球变化,一、黄土堆积中古环境信息提取和主要替代性气候指标 1.黄土古土壤序列 完整的黄土剖面下伏第三纪红色粘土堆积(以前命名为三趾马红土，现在以红粘土称之)。在沉积完整的地区，黄土与红粘土为整合接触，连续过渡。 洛川剖面为中国黄土的标准剖面之一，该剖面黄土厚约135m，出露的红粘土厚约15m。在洛川黄土剖面中，有两类颜色、结构区别很大的地层单元，一为黄土层，另一为古土壤层。黄土层一般为灰黄色，质地较均一，无明显结构；古土壤层则为红色，有明显土壤结构和土壤发生层次。,环境地球化学 第3页

2、,中国黄土、古土壤序列对比,1.古土壤； 2.黄土； 3.红粘土；4.洪积物。极性柱中，黑色代表正向极性，白色代表反向极性,环境地球化学 第4页,第三节:黄土研究与全球变化,2.黄土中的古土壤和古土壤所包合的环境变化信息 黄土、古土壤在地层中的交替出现是气候冷暖旋回的反映。利用黄土-古土壤系列重建第四纪古气候的前提是黄土地层必须连续 。 土壤地层单位的上界为古土壤的物理上界，下界为黄土母质的物理下界。每一个土壤地层单位代表了一个完整的冷暖期旋回。 不少地区在间冰期时以土壤发育为主，而冰期时则以沉积、侵蚀和坡地堆积的发育为主。在很多非水下沉积物中，古土壤是间冰期环境的唯一记录。 冷期时黄土高原以

3、接受黄土堆积为主，黄土的风化微弱 ；暖期时黄土高原以接受地表风化为主，或以冷期时堆积的黄土为母质，形成一定类型的古土壤。,环境地球化学 第5页,第三节:黄土研究与全球变化,二、黄土的碳氧同位素与10Be研究 1.黄土的碳、氧同位素 陆相沉积物中碳氧同位素的分馏过程与海洋截然不同。如陆地和海洋沉积物的氧同位素温度效应极为不同，南级和格陵兰冰岩心的180值随温度的降低而减少，而深海沉积物碳酸盐的180值却随温度的增加而减少。 研究表面：温度每升高1，大气降水的180值大约增加0.5。因此，陆地系统对气候变化的响应可能比海洋系统更为敏感。 碳酸盐是人类探索如何利用陆地沉积物同位素的变化提取古气候信息

4、的理想材料。,环境地球化学 第6页,CaCO3十C02十H20Ca2+十2HC03-,成土过程中土壤碳酸盐的溶解、迁移和再沉淀,环境地球化学 第7页,渭南、吉县和会宁黄土剖面全岩样品中碳酸盐13C值变化曲线,不同剖面全岩样品碳酸盐的碳同位素记录具基本相似的变化趋势，自东向西同一层位全岩样品碳酸盐的13C值越来越偏正，表明全岩样品的碳酸盐可能记录了很多环境变化的信息 。,环境地球化学 第8页,第三节:黄土研究与全球变化,不同类型古土壤底部的钙结核具有明显不同的碳氧同位素组分，古土壤形成时环境温度越高，湿度越大，其18O值越偏正，13C值越偏负。 Cerling对世界各地现代土壤次生碳酸盐的碳氧同

5、位素研究发现：氧同位素组分与大气降水的氧同位素组分有关，碳同位素组分与土壤C02的13C值成正相关性。,环境地球化学 第9页,第三节:黄土研究与全球变化,2. 黄土的10Be 10Be是由宇宙射线高能粒子与大气主要成分氮、氧原子核进行散裂反应产生的，半衰期1.5106a。 大气圈中产生的10Be被气溶胶吸附，通过降水、降尘沉降至地表，可称为大气成因10Be。降水中的10Be浓度分布与气团运动及粉尘传输过程有关。黄土是干旱半干旱气候条件下形成的风成沉积物，10Be自始自终参与了粉尘形成与堆积的全过程。因此， 10Be成为研究黄土形成作用的理想同位素示踪剂,环境地球化学 第10页,洛川黄土剖面10

6、Be及磁化率随深度变化曲线1一10Be浓度曲线，2一磁化率曲线。 图中km表示质量磁化率。,环境地球化学 第11页,第三节:黄土研究与全球变化,“就地成因10Be”： 宇宙射线与矿物自身氧进行散裂反应产生的10Be被称之。 石英具有致密牢固结构，水和各种离子都难以渗透进去，因而其“就地成因10Be”不易受“大气成因10Be”的污染。另一方面，石英是黄土的重要组成部分，因此，通过研究黄土石英中“就地成因10Be”含量特征，可以得到黄土有关源区风化、侵蚀、暴露和埋藏等信息。,环境地球化学 第12页,第三节:黄土研究与全球变化,石英“就地成因10Be”应由岩石风化前产生的10Be、搬运过程产生的10

7、Be及堆积埋藏期间产生的10Be三部分构成。但由于沉积物的搬运时间远小于暴露时间和埋藏时间。因此可以近似认为石英“就地成因10Be”仅由岩石风化前10Be及堆积埋藏10Be两部分组成，即： Cr(x)C0e-(x)十c(x),环境地球化学 第13页,第三节:黄土研究与全球变化,不同堆积速率对应的石英“就地成因10Be”浓度与深度的关系,环境地球化学 第14页,第三节:黄土研究与全球变化,黄土源区侵蚀速率与石英就地成因10Be浓度关系,环境地球化学 第15页,第三节:黄土研究与全球变化,黄土沉降区堆积速率与石英“就地成因10Be”浓度关系,环境地球化学 第16页,第三节:黄土研究与全球变化,三、

8、中国黄土高原季风变迁与稳定同位素证据 黄土和古土壤中有机碳含量与土壤发育程度、磁化率一致，即土壤发育程度越高，磁化率值也越高，有机碳含量也越高。因此，有机碳含量的高低是土壤发育程度的一个度量。 有机碳含量的多寡反映了土壤中有机质含量的高低，是特定的生物气候条件下的产物，其含量和性质都与环境状况有关。有机质含量的多寡反映了植被生物量的大小和气候的相对温湿。有机碳13C稳定同位素组成可作为气候变化的代用指标。,环境地球化学 第17页,第三节:黄土研究与全球变化,段家坡剖面磁化率、有机质含量和有机质13C分布曲线1一马兰黄土；2一离石黄土，3一弱发育古土镶，4一古土壤,环境地球化学 第18页,第四节

9、：冰岩心研究与全球变化,冰雪中的18O变化可用来计算年累积率，其中的尘埃微粒浓度与18O有明显的相关关系。通过冰岩心的系统研究，能完整地反映以气温为主的气候变化。 冰形成过程中，空气成小气泡被包裹在冰里，这种气泡里的空气可大致代表形成冰当时的空气样品。分析这种空气的组分可提供粒雪最后压紧成致密的冰时的大气组分。 每一年所形成的冰层，可借助于粉尘含量的季节性变化、酸度的不同或者同位素含量来区分。 从长的冰心获得的主要记录是水分子的氧同位素组成 。在某一点水汽凝结的时候，温度每变化1oC，可产生同位素比值 0.60. 8的偏差，利用采自冰心的冰样品同位素比值分析，可以得出下雪地点下雪时的温度 。,

10、环境地球化学 第19页,第四节：冰岩心研究与全球变化,1青藏高原冰心研究进展 深长冰岩心内稳定同位素分析研究可以获得最近数万年气候变化的信息。而浅孔冰岩心中的18O的变化则可反映近百年的气候波动，其精度可分辨出时间尺度为年的变化特征。,环境地球化学 第20页,第四节：冰岩心研究与全球变化,德令哈地区年降水和年均温度及其与敦德冰帽18O的关系,环境地球化学 第21页,第四节：冰岩心研究与全球变化,祁连山敦格冰帽D5孔氧同位素曲线,环境地球化学 第22页,第四节：冰岩心研究与全球变化,祁连山敦德冰帽D6孔氧同位素曲线,环境地球化学 第23页,第四节：冰岩心研究与全球变化,中纬度冷型冰川的年平均温度

11、与冰岩心中的18O、D的关系为； D（6.04t51）1000（） D=（818O10）1000（） 合并后得到： t=(818O一61)6.04 温度并不是影响18O值变化的惟一因素，所以用上述公式计算出的温度只是一个参考气候指标。,环境地球化学 第24页,第四节：冰岩心研究与全球变化,温度的波动频率远大于降水的波动频率，即在百年级的气候变化中，温度可以有冷或暖的多次交替，相比之下，降水持续干或湿的时间要相对长一些，但每一个干湿循环中的变化幅度却又降水大于温度 。,环境地球化学 第25页,第四节：冰岩心研究与全球变化,冰川累积量与氧同位素的数值变化曲线上还可以划分出7个冷期、8 个暖期。,环

12、境地球化学 第26页,第四节：冰岩心研究与全球变化,对冰岩心气泡中的空气成分进行分析还可以得到空气中CO2含量的变化。 LGM大气CO2水平为（190200）10-6，而全新世平均水平为（270280）10-6；晚冰期格陵兰Dye3冰岩心CO2含量曾在1.3万a BP明显增加，约为30010-6，并与18O指示的第一次升温过程一致。,环境地球化学 第27页,第四节：冰岩心研究与全球变化,新仙女本期存在的过去 2万年的氧同位素记录,环境地球化学 第28页,第四节：冰岩心研究与全球变化,南极东方冰心记录 a.微粒的体积浓度； b.非海相硫酸盐的含 c.CO2含量； d.18O； e.估计的降水率；

13、 f.推测的古温度。,环境地球化学 第29页,第四节：冰岩心研究与全球变化,包藏在南极西部冰中气体测得的平均二氧化碳浓度与气体估计的年龄关系图,环境地球化学 第30页,思 考 题,1简述树轮研究在探讨气候变化中的方法和研究中需要注意的问题; 2试比较树轮研究中碳氧同位素在反映气候变化中的优劣和它们的基本原理？ 3试举一例谈谈碳同位素研究在气候变化中的具体应用； 4简述为什么动物体内的同位素组成可作为反映气候变化的指标？ 5为什么有孔虫被广为用来作为古气候变化的指标？举一例谈谈其具体应用； 6谈谈黄土研究在全球变化研究中的贡献; 7简述黄土和古土壤层的碳、氧同位素特征和它们所反映的气候条件； 8

14、黄土和古土壤层的碳同位素组成与植被间的关系？ 9谈谈Be10在古环境研究中的示踪意义； 10.试述冰岩心研究用于全球变化研究中的基本原理； 11简述冰期效应造成的海水氧同位素组分（18O）的变化。,1、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。2020/12/42020/12/4Friday, December 4, 2020 2、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。2020/12/42020/12/42020/12/412/4/2020 8:12:50 AM 3、越是没有本领的就越加自命不凡。2020/12/42020/12/42020/12/4Dec-204-Dec-20 4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。2020/12/42020/12/42020/12/4Friday, December 4, 2020 5、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。2020/12/42020/12/42020/12/42020/12/412/4/2020 6、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。2020年12月4日星期五2020/12/42020/