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1、上海师范大学硕士学位论文山西临汾盆地末次间冰期以来古气候变化研究学科专业自然地理学研究方向全球变化与可持续发展学位申请者王杜涛指导教师胡小猛摘要临汾盆地位于鄂尔多斯台地的南部和东部边缘，该区域是我国新构造运动非常强烈的地区之一。以山西临汾盆地为着眼点进行研究，有利于从更广泛的、具有成因联系的区域整体上来认识青藏高原隆升及其环境效应这一重大科学问题，并且临汾盆地千伏村剖面记录了末次间冰期以来的气候变化，对揭示晋西南地区古气候变化的规律具有重要的意义。自中更新世以来盆地中经历了多次的湖侵、湖退，沉积地层连续，形成了黄土古土壤层与河湖相沉积层互层分布的现象，蕴藏了丰富的古气候变化的信息。本文通过对临
2、汾盆地湖泊沉积物的磁化率、粒度、地球化学元素、有机质等多气候环境代用指标的数据处理与综合分析，对能够准确反映该区域古气候变化的代用指标进行了遴选。在此基础上，剖析了临汾盆地对全球气候变化信号的响应，揭示了临汾盆地末次冰期高时间分辨率的气候波动，初步建立了临汾盆地末次间冰期以来的古气候环境的演变过程与特征，为进一步讨论该时段中国中东部地区气候环境演变提供了类比材料。根据对干伏东( Q F D ) 湖相沉积剖面沉积特征描述以及对该剖面进行的磁化率、粒度、有机质含量、化学元素含量及比值等气候代用指标的数据处理与分析，确定将磁化率、 1 0 0 x m 称为砂粒粒径1 0 0 t i m 5 0 t
3、m 称为粗粉砂粒径5 0 # m 1 0 # m 成为细粉砂粒径 6 2 5 t m 称为砂粒粒径6 2 5 t m 3 1 跏m 称为粗粉砂粒径3 1 3 t m 一1 5 6 t m 称为中粉砂粒径1 5 舡m 7 即m 称为细粉砂粒径7 8 t m 3 9 t m 称为极细粉砂2 1第三章千伏村剖面的沉积特征上海师范大学硕士学位论文粒径 6 3 比m ) 4 个级别。在粒度测试结果中，选择了沉积物颗粒分布在 6 3 , m 的砂组分以及中值粒径分别作出粒径曲线图( 图3 5 1 、3 5 2 ) 。中值粒径( M d ) p m 6 珈m ( )一1 0 0o L 一42 0图3 5 1
4、临汾盆地千伏村剖面粒度变化曲线F i g 3 5 - 1C u r v e ss h o w i n gt h ed i s t r i b u t i o no fg r a i n s i z ef r o mQ i a n f us e c t i o ni nL i n f c nB a s i n上海师范大学硕士学位论文第三章千伏村剖面的沉积特征平均粒径m q 咖佃02 04 04 1 劬m ( )1 6 6 3 归m ( )2 04 06 003 06 09 0图3 5 - 2 临汾盆地干伏村剞面粒厦变化曲线F i g 3 5 - 2C u r v e ss h o w i n g
5、t h ed i s t d b u t i o no fg r a i n s i z ef r o mQ i a n f us e c t i o ni nL i n f e nB a s i n3 4 3 地球化学元素3 4 3 1 样品的预处理地球化学元素在表生化学环境下，受气候变化影响常常会发生不同程度的迁移和集聚，引起其含量的变化。曾有大量的学者利用湖泊沉积物中元素含量及不同元素比值在地层中的变化探讨古气候的变化，并使之成为能揭示古气候、古环境变化的代用指标( W e ne ta l ，1 9 9 7 ；申洪源等，2 0 0 6 ；金章东等，2 0 0 2 ；陈诗越等，2 0 0
6、3 ) 。为保证测量结果的准确度，我们在实验室对样品研磨成粉，并装入样品袋中压实待测。3 4 3 2 分析方法与结果千伏村剖面处于临汾盆地内部，沉积物来源稳定，主要的矿物基本相同，各第三章千伏村剖面的沉积特征上海师范大学硕士学位论文种矿物所含微量元素相对稳定。因此，沉积层中诸微量元素的行为，主要受沉积时期气候变化的影响，可以用微量元素含量上的变化来反演过去的气候状况。化学元素的测试是利用澳作生态仪器有限公司生产的A S 4 0 0 0 便携式土壤重金属测量仪测量元素的浓度( g g ) 。该仪器采用X 射线光源、多光束过滤技术，可直接对准样品进行测定，并可根据测定的目标元素选择不同的测定分析模
7、块，测定范围包括P 、S 、C 1 、K 、C a 、T i 、C r 、M n 、F e 、C o 、N i 、C u 、Z n 、A s 、S e 、R b 、S r 、Z r 、M o 、A g 、C d 、S n 、S b 、B a 、H g 、P b 等元素。根据实验需要我们提取样品中R b 、S r 两种元素含量，绘制出R b 、S r 含量以及R b S r 比值变化的曲线( 图3 6 ) 。R b , g g - 1S r z g 分1R b S r 比值6 08 01 0 01 2 01 6 02 2 02 8 03 4 00 30 40 5图3 6 临汾盆地千伏村剖面R b
8、 、S r 含量及R b S r 比值变化曲线F 适3 6C u r v e ss h o w i n gt h ed i s t r i b u t i o no fR ba n dS rc o n c e n t r a t i o n sa n dt h ec h a n g eo fR b S rr a t i of r o mO i a n f us e c t i o ni nL i n f e nB a s i n上海师范人学硕十学位论文第三章千伏村剖面的沉积特征3 4 4 有机质3 4 4 1 样品的预处理有机质含量是反映一定气候条件下植被盖度和生物量的指标，揭示地表植被生长的
9、状况，从而反映了当时的气候条件。有机质的元素主要由C 、H 、N 、O 、S 等组成。当植物有机体死亡后受到微生物的作用，使植物残体经缓慢的缩合、脱水和脱羧基等复杂的生物化学过程后，使碳元素不断积聚而明显地增加，氢、氧和氮的含量逐渐减少。因此有机碳的含量可代表有机质的含量。为使样品在测试过程中充分反应，进行有机碳含量测定前，我们需对样品进行研磨，并通过0 1 4 9 m m ( 1 0 0 目) 筛孔的过筛处理，然后进行精确称量操作。3 4 4 - 2 分析方法与结果有机碳测定方法很多，有干烧法、湿烧法、比色法和容量法以及分光光度计测定等。由于容量法操作简便，设备简单，快速，再现性较好，适用于
10、大批样品的分析，因此我们采用重铬酸钾容量法进行测定。1 ) 方法原理在外加热条件下，用一定量的标准重铬酸钾硫酸溶液，氧化沉积物有机质中的碳，多余的重铬酸钾用硫酸亚铁溶液滴定，由消耗的重铬酸钾量计算出有机碳量，再乘以常数1 7 2 4 ，即为有机质的含量。其反应如下：2 K 2 C r 2 0 7 + 3 C + 8 H 2 S 0 4 2 K 2 S 0 4 + 2 C r 2 ( S 0 4 ) 3 + 3 C 0 2 + 8 H 2 0K 2 c r 2 0 7 + 6 F e s 0 4 + 7 H 2 s 0 4 _ K 2 S 0 4 + C r 2 ( S 0 4 ) 3 + 3
11、F e 2 ( 5 0 4 ) 3 + 7 H 2 02 ) 主要仪器油浴消化装置( 包括油浴锅和铁丝笼) 、可调温电炉、秒表、自动控温调节器。3 ) 所用试剂及配制0 8 0 0 0 m o l LK 2 C r 2 0 7 标准溶液。称取经1 3 0 烘干9 0 m i n 的重铬酸钾( K 2 C r 2 0 7 ，G B 6 4 2 - 7 7 ，分析纯) 3 9 2 2 4 5 9 溶于水中4 0 0 m l 去离子水中，不断搅拌稀释，在容量瓶中定容至1 L ，然后保存于棕色瓶中；浓硫酸化学纯，密度1 8 4 9 c m 3 ；0 2 m o l L F e S 0 4 溶液：称取硫
12、酸亚铁( F e S 0 4 - 7 H 2 0 ) 5 6 0 9 溶于蒸馏水中，加浓硫酸1 5 m l ，用蒸馏水稀释至1 L ，在容量瓶中定容；第三章千伏村剖面的沉积特征上海师范人学硕士学位论文邻啡罗啉指示剂：称取邻啡罗啉1 4 8 5 9 与硫酸亚铁( F e S 0 4 7 H 2 0 ) 0 6 9 5 9 ，溶于1 0 0 m l 去离子水中，形成红棕色络合物，保存与棕色瓶中。4 ) 操作步骤称样：称取通过0 1 4 9 m m ( 1 0 0 目) 筛孔的风干样品0 3 0 0 0 9 ( 精确到0 0 0 0 1 9 ) ，放入干燥的硬质试管内，用移液管准确加入0 8 0 0
13、 0 m o l L K 2 C r 2 0 7 标准溶液5 m l ，然后加入浓H 2 S 0 45 m l 充分摇匀。消煮：将盛放样品的试管盛于铁丝笼中( 每笼中均有2 个空白样和两个标准样，其中空白样中用石英砂代替，标准样为水系沉积物G B W 0 7 3 0 9 ) ，放入温度为1 8 5 1 9 0 。C 的油浴锅中( 要求放入后油浴锅温度下降至1 7 0 1 8 0 左右，然后控制电炉，使油浴锅内温度始终维持在1 7 0 1 8 0 。C ) ，待试管内液体沸腾发生气泡时开始计时，煮沸5 m i n ，取出试管，待冷却后擦净试管外部油液。经消煮后试管内溶液应呈现红棕色，若溶液呈绿色
14、，表示重铬酸钾用量不足，应再取较少的样品或适当增加重铬酸钾的量重做。 F e S 0 4 标准溶液的标定：配制好的F e S 0 4 标准溶液浓度可能与理论值有所偏差，因此为保证实验的准确性，我们在每批样品滴定前都对F e S 0 4 溶液的浓度进行标定。标定方法如下：吸取l r 2 0 7 标准溶液5 m l ，放入1 5 0 m l 锥形瓶中，加浓硫酸3 m l 和邻啡罗啉指示剂3 5 滴，用F e S 0 4 溶液滴定，根据F e S 0 4 溶液的消耗量，计算F e S 0 4 标准溶液的浓度C 2 。滴定：冷却后，将试管内容物倾入1 5 0 m l 锥形瓶中，用去离子水冲洗试管内壁并
15、保证三角瓶内溶液总体积为6 0 8 0 m l ，然后加入邻啡罗啉指示剂3 5 滴，用标准的0 2 m o l L 硫酸亚铁滴定，滴定过程中不断摇动锥形瓶，溶液的变色过程中有橙黄_ 蓝绿叶砖红腙红色即为终点。记录F e S 0 4 滴定毫升数( V ) 。如果试样滴定所用硫酸亚铁的毫升数达不到空白滴定所用硫酸亚铁溶液毫升数的1 3时，应减少土样称量重测。空白及标准样：每一批( 虽p 上述每铁丝笼) 样品测定的同时，进行2 个空白实验和2 个标准样试验，即取0 5 0 0 9 石英砂分析纯代替土样，其他手续与试样测定相同。记取F e S 0 4 滴定m l 数( V o ) ，取其平均值。结果计
16、算样品有机碳含量X ( g k g ) = ( V o V ) C 2 x O 0 0 3 x l O O M上海师范大学硕士学位论文第三章千伏村剖面的沉积特征式中： 卜样品有机碳含量，； V ( 广空白滴定时消耗F e S 0 4 标准溶液的体积( m 1 ) ； 卜滴定样品时消耗F e S 0 4 标准溶液体积( m 1 ) ；C 厂呻e S 0 4 标准溶液的浓度，m o l L ：0 0 0 3 1 4 碳原子的摩尔质量( g m 0 1 ) ；M 风干样品质量( g ) ；土壤有机质 6 3 比m 砂组分的含量以及中值粒径和平均粒径作为分析指标并作出粒度变化曲线( 图4 3 1 、4 3 2 、4 3 3 ) 。图4 3 1Q F D 剖面粒度变化曲线F i g 4 - 3 1C
