深海氧同位素指标和记录
用氧同位素反演太古海洋环境
用氧同位素反演太古海洋环境Ruth E. Blake硅质岩中氧和硅的同位素含量以及蛋白质进化的研究结果都曾提出，在太古代早期（大约35亿年前），海洋的温度为55～85℃。
最近一项针对硅质岩中磷酸盐的氧和氢同位素的研究却证实，太古代的海洋温度不超过40℃。
海洋温度也可以通过磷酸盐中的氧同位素含量来推测。
最近的研究表明，溶解态无机磷酸盐（δ18OP）中的18O∶16O的比值可以反映海水环境温度以及低温下主导海洋磷循环的生物过程。
所有生物都需要并能够聚集磷，通过漫长的生物过程，现代海洋磷酸盐中δ18O P的比值一般为19‰～26‰（V S M O W），远远高于火成岩和陨石内磷灰石中约6‰～8‰的特征比值。
我们报道了南非32亿到35亿年前的“Barberton Greenstone B e l t”的沉积物内磷酸盐中氧同位素的含量。
我们发现δ18O P的比值为9.3‰～19.9‰，这其中有太古代岩石的最大报道值。
假设沉积物和海水（δ18O=0‰）之间达到平衡状态，根据最大δ18OP值计算得出当时海洋温度为26~35℃。
δ18OP比值中的高值与现代海洋磷酸盐相似，这意味着太古代地球上已有完善的磷循环以及相应的生态活动过程。
南非32~35亿年前的Barberton Greenstone Belt 中有保存完好的岩石，从中可能会发现早期生命及原始海洋化学的地球化学记录。
Barberton Greenstone Belt中含有一系列的火山岩，与之交织层叠的是体积较小的沉积单元，其中包含硅质岩、条带状铁矿以及各种硅化陆源和火山碎屑沉积物，这些物质仅经历了低级的岩石变质作用。
硅质岩多被解释为由热液产生，沉积物由早期成岩物质取代火山碎屑产生，或者通过饱含硅的太古代海水与海底沉积物之间的交互过程产生。
前寒武纪硅质岩中氧同位素和共存磷酸盐的含量随年代的增加均逐渐降低，对于这一现象的解释长期以来存在争议。
Barberton硅质岩中δ18O 的含量低被归因于3点，（1）低δ18O液体的成岩/热液蚀变作用，（2）与δ18O=0‰海水之间的平衡作用以及很高的海洋温度（55～85℃），（3）与δ18O=-10‰海水之间的平衡作用以及较低的海洋温度（55～85℃）。
中国南方红土环境磁学
第27卷 第6期2007年11月第 四 纪 研 究QUATERNARY SC I ENCESV o.l 27, N o .6N ove m be r ,2007文章编号 1001-7410(2007)06-1016-07中国南方红土环境磁学*卢 升 高(浙江大学环境与资源学院,杭州 310029)摘要 第四纪红土是中国南方古环境演化与气候变迁的最佳载体之一,记录了南方的古地理、古气候环境变迁信息。
典型红土剖面由现代红壤层、均质层、网纹层、砾石层或基岩层组成,均质红土磁化率值多在80 10-8~250 10-8m 3/kg ,网纹红土磁化率约低一个数量级。
红土的磁化率-温度( -T )曲线、等温剩磁获得曲线、XRD 和TE M 分析认为,成土过程产生的细粒磁性矿物(包括磁铁矿、磁赤铁矿和赤铁矿)是红土磁性的主要载体。
对红土的岩石磁学和矿物学综合分析认为,红土磁性矿物的含量、粒度、类型等可能指示其形成时期的某种环境变化,红土磁性是南方第四纪环境变迁研究的重要手段,但由于红土的物源以及受后期化学风化改造的复杂性,红土的环境磁学研究需要新的思路和方法。
主题词 红土 环境磁学 磁性矿物 古环境中图分类号 S152,P3 文献标识码 A作者简介:卢升高 男 45岁 教授 环境磁学与环境生态学专业 E-m ai:l l u s g @z j u edu cn *国家自然科学基金项目(批准号:49971044)资助 2007-06-28收稿,2007-07-20收修改稿在我国长江以南广泛分布的红土,是湿热气候环境下经强烈风化作用形成的产物,因含较多的氧化铁而呈现明显的红色,又称为 红色风化壳[1~4]。
典型的第四纪红土常由黄棕色粘土层、均质红粘土层、网纹状红粘土层和砾石层构成,由于网纹层深厚醒目,第四纪红土又多被形象地称为 网纹红土 。
红土的分布范围北起南阳-桐柏-淮河一线,经长江中下游地区,南至南岭山地,东界大体沿杭(州)嘉(兴)湖(州)-宜(兴)溧(阳)山地-安庆-淮河中下游,向东转至东南沿海海岸以及向东北延至淮河以北,向西直到成都平原。
第三章 全球变化研究方法
[教学目的与要求]
1.了解对过去全球变化各种研究方法的基本原理 2.理解如何利用各种代用指标恢复古环境
3了解全球变化动态监测的手段与内容
4了解全球变化模拟的类型，原理 [重点与难点] 各种研究方法的基本原理 [教学时数] 6学时 [教学方法与手段] 研究性讲授，利用多媒体展示教学内容；
黄土沉积特征
• 第四纪黄土沉积以黄土层和古土壤层交互沉积为特征。黄土层的 形成反映风尘堆积作用过程，而古土壤层的形成反映成土作用过 程。当风尘堆积作用大于成土作用时形成黄土层，反之，形成古 土壤层。 • 黄土沉积与寒冷的冰期相对应，古土壤与相对温暖的间冰期相对 应。 • 我国黄土主要分布在干旱荒漠区的外缘，表明黄土沉积时期当地 属于干寒草原环境，而古土壤发育时期则对应温暖的森林草原环 境。 • 黄土与古土壤层的交替变化是第四纪冰期---间冰期环境周期性变 化的反映。 • 根据黄土层的风化程度和古土壤发育程度的差别，推断环境在不 同时期的差别。 • 黄土—古土壤序列是目前已知的唯一能与深海氧同位素记录对比 的陆上沉积。两者有很好的对应关系。
• [参考书目]
• 朱诚,谢志仁,申洪源. 全球变化科学导论(An Introduction to Global Change Science). 南京: 南京大学出版社,2003.
• [课堂训练、作业思考题]
• 课堂训练：用多媒体手段指导学生利用图书馆资料及网 络资源，查阅相关书籍及期刊文献，了解现在全球变化 研究中目前的最新进展 • 作业思考题 • 1．反映全球变化的记录有哪些?如何利用这些指标重建 过去的全球环境变化？
第四纪地质与环境复习资料
3.地质年龄测定方法(摘自 PPT) 岩石地层法 包括地层层序、构造期次、沉积纹层、岩溶纹层、火山灰标志层、黑曜岩脱水； 生物法 化石、花粉、树木年轮、珊瑚年轮、氨基酸消旋法、岩石漆法、地衣生长法； 磁性地层学法 磁性倒转（polarity reversals）、极性漂移（polarity excursions）、长期变（secular variation）； 考古法 文化古迹、历史文献 放射性同位素年代学 K-Ar，Rr-Sr，U-Th 宇宙成因核素 14C，10Be，26Al，36Cl； 核辐射效应法 裂变径迹定年，光释光，热释光
4.放射性同位素测年基本公式(摘自 PPT) 衰变定理 某同位素在任何时间 t 时的衰变速率与当时体系尚存的原子数 N 成正比。
dN / dt = -N（为衰变常数） 积分得 N= Noe - t（t=0，N=N0） 假定：任一时刻 t 母核产生子核的原子数为 D*，则
洞穴堆积： 岩溶
生物堆积： 泥炭
火山堆积： 火山灰、火山碎屑、熔岩等
物理沉积——泥沙
海相
化学沉积——碳酸盐等 生物沉积——珊瑚、硅藻
黄土是联系欧亚大陆环境和文化的媒介:丝绸之路
艾丁湖盐碱地：新疆，地势低（—154-—156m）
冰石缘：岩石空隙进水、结冰、膨胀，碎裂成碎块（一种冰缘现象，高纬和高山地区常见）。
1、 第四系底界：第四系 /新近系（Q/N）（M/G）：
第四纪的下级划分
以往把 Q/N 定在 1.8MaB.P.左右，现在则定在
2.6MaB.P.左右。
10_同位素海洋化学
4. 其它应用
4.1 大尺度海洋混合过程
4. 其它应用
含沙量测量（同位素测沙法）
利用放射性同位素衰变时发射出的射线（即所 谓核辐射）与浑水介质相互作用如吸收或散射 的原理
浑水水深（即压力-密度法测量水深）
悬移质断面输沙率
泥沙（或物料）颗粒级分配曲线
Part Ⅲ
新生产力估算
新生产估算
城堡试验的主要结果
⑤1955年夏，加拿大、日本和美国协作进行了北
太平洋共同观测（NORPAC）。 结果发现，放射性物质在北太平洋西部广大地区 扩散，最高放射性沿日本列岛成带状扩展，即在
日本沿岸流域的黑潮观察到最大放射性。这说明
北赤道海流和黑潮流是相连接的
3. 沉积速率测定
海洋沉积物的沉积速率是根据三种主要测年法测定 ①14C（ t½ = 5730 y）法。 ②230Th（ t½ = 7.52×104 y）和23lPa （ t½ = 3.25×104 y） （二者均海水中溶解铀衰变而成） ③40K（ t½ = 1.29×109 y）法。 ④210Pb（ t½ = 20.4 y）、137Cs（ t½ = 30.0 y）法
这些放射性同位素都用于测定沉积物年龄，且可同 时求算不同时间尺度的沉积速率
3. 沉积速率测定
4. 其它应用
4.1 大尺度海洋混合过程 以模型为基础，研究14C在海洋－大气界面的交换 及其在海洋中的混合，可算出： 海水的逗留时间 二氧化碳的海－气交换速率 一般的结论是： 太平洋深层水的逗留时间约为1000－1600年； 大西洋深层水的逗留时间约为太平洋深层水的一半； 表层水逗留时间仅有10－20年
物和鱼类中的δ15N分别为10×10-3和15×10-3。
同位素标准汇总
［注］ ：标准同位素丰度比值取值为 SMOW: D/H = (155.76± 0.10) 10-6 SMOW: 18O/16O = (2005.20± 0.43) 10-6 SMOW: 17O/16O= (373± 0.115) 10-6 PDB: 13C/12C = (11237.2± 90) 10-6 CDT: 34S/32S= (0.045± 93) 10-6 Air-N: 15N/14N = (3676.5± 8.1) 10-6 1、无机碳酸盐碳氧及有机碳同位素标准： 标样代号 NBS-18 NBS-18 NBS-19 NBS-19 NBS-19 IAEA -CO-1 IAEA -CO-1 IAEA -CO-8 IAEA -CO-8 IAEA -CO-9 IAEA -CO-9 LSVEC LSVEC GBW04405 GBW04405 GBW04406 GBW04406 GBW04407(有机) GBW04408(有机) GBW04416 GBW04416 GBW04417 GBW04417 标样代号 NBS-16 NBS-16 NBS-17 NBS-17 IGGCAS-CO2-1 IGGCAS-CO2-1 标样名称 碳酸岩 碳酸岩 大理岩 大理岩 大理岩 CaCO3 CaCO3 CaCO3 CaCO3 BaCO3 BaCO3 Li2CO3 Li2CO3 周口店灰岩 周口店灰岩 碳酸钙试剂 碳酸钙试剂 四川天然气碳粉 四川天然气碳粉 河北曲阳大理岩 河北曲阳大理岩 吉林延吉方解石 吉林延吉方解石 标样名称 工业钢瓶气 工业钢瓶气 美国西南气井 美国西南气井 佛山 CO2 气井 佛山 CO2 气井 同位素名称及(δ‰)
Ag2S Ag2S 高纯钢瓶气 SO2 标样名称 大气氮 (NH4)2SO4 (NH4)2SO4 KNO3 大气氮 (NH4)2SO4 (NH4)2SO4 KNO3 标样名称 SUCROSE Polyethylene Polyethylene Oil Oil 标样名称 Caffeine Caffeine Urea Urea Glycine Glycine Collagen Collagen Urea Urea 标样名称 Benzoic acid Benzoic acid
氢氧同位素标准水样
氢氧同位素标准水样
氢氧同位素标准水样是指在水中含有已知比例的氢和氧同位素的水样。
这种水样一般用于同位素分析、地球科学研究、气候变化研究等领域。
在氢氧同位素标准水样中，氢和氧元素的同位素比例是已知的，通常以δ值表示。
δ值是指同位素比例相对于国际标准（通常
为标准大气、海洋样品）的偏移量。
例如，δD表示氘（重氢）与氢的同位素比例的偏移量，δ18O表示氧-18同位素与氧-16
同位素比例的偏移量。
氢氧同位素标准水样的制备需要使用高纯度的氢氧同位素标记化合物，并根据已知的比例进行混合。
常用的氢氧同位素标准水样有VSMOW（Vienna Standard Mean Ocean Water）、
SLAP（Standard Light Antarctic Precipitation）等。
这些氢氧同位素标准水样在实验室中被广泛应用，可用于校准和质控，确保同位素分析结果的准确性和可比性。
同时，它们也是进行同位素地质、水循环、古气候研究等的基础。
中国北方中纬度地区深海氧同位素第3期的环境演化特征
中国北方中纬度地区深海氧同位素第3期的环境演化特征NSFC 90411017, 北京大学中国科学院南京地理与湖泊研究所(北京大学周力平 lpzhou@)本项目选择横跨我国北方中纬度不同气候区域范围内的若干代表性的黄土和湖泊沉积记录，对相当于深海氧同位素第3期(MIS3)时段进行系统的年代学和古气候学研究。
用多种测年方法建立精确的年代框架，应用以沉积学、古生态学、环境磁学和同位素地球化学等为基础的多种代用指标进行古环境重建，建立该时段高分辨率古环境演化序列；通过与相应的全球记录以及中国其它区域的对比研究，揭示我国北方中纬度地带MIS3的环境格局和千年尺度气候变化的特征；运用古气候模型进行该时段气候模拟试验，探讨西风环流和季风影响下我国北方中纬度不同气候区的区域环境演化规律和气候动力学机制。
通过器测资料、历史记载、第四纪沉积记录等不同手段和途径，把现代过程与古记录结合起来认识气候变化的规律，构成了古全球变化研究的基本思路。
近年来，古全球变化研究强调从地球系统的视角，分析在不同时间和空间尺度上提取的气候变化信息，在认识地球气候系统变化规律方面取得了巨大的进展。
其中最有意义的发现之一就是冰期与间冰期气候旋回背景下的气候不稳定性：在某些地质时期，气候变化表现出千年甚至更短时间尺度上的明显波动[1-5]。
在过去十年中，国际上对这类气候变化研究最多的是末次冰期中的间冰阶，即深海氧同位素第3期（MIS3，距今60-25 ka）。
这是末次冰期中一个特殊的时段，不仅其温度高于相邻的同属末次冰期的氧同位素2期和4期，而且该期内还存在千年尺度的Heinrich 和Dansgaard-Oeschger事件。
MIS3的气候不稳定性首先在格陵兰冰芯中被揭示[1-2]，其后在欧洲大陆、大西洋、太平洋、南极冰芯记录中得到了证实[3-9]，并引发了一系列气候变化机制的深入研究，构成了近年来国际上全球变化研究的热点之一。
我国学者利用中国丰富的地质资料在推进相关研究中发挥了重要的作用，先后在多个黄土剖面和南海沉积记录中发现了MIS3的气候不稳定的证据[10-13]。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
其它信息
古二氧化碳、古溶解氧、海洋 水团结构、深水流、生物产率、 营养成分变化等
二、冰芯记录（极地）
（一）、冰芯的钻取 （二）、冰芯的定年 （三）、冰芯的信息
（二）、冰芯的定年
1、绝对年龄控制点
（1）、210Pb(22.3年半衰期）－200年 （2）、AMS14C（大气二氧化碳） （3）、火山灰、原子弹爆炸、10Be峰值
5、最重要的陆源物质－大气粉尘和冰筏沉积
6、分辨率一般不高，但连续性好
深海沉积记录
（一）、深海沉积 （二）、深海生物遗存 （三）、深海氧同位素指标和记录 （四）、深海大气粉尘记录 （五）、SST记录 （六）、古盐度记录 （七）、古海平面变化记录 （八）、冰筏沉积记录
深海生物遗存（微体化石）
1、钙质和硅质 钙质－有孔虫、颗石藻、沟鞭藻 硅质－放射虫、硅藻 2、不同种属生活在不同深度 3、生态特征与温度和盐度密切相关 4、古气候信息－同位素、生态组合
5、代谢作用效应 不同有孔虫生物代谢作用(vital effect)不同， 故同种有孔虫氧同位素值才能对比 6、生物上下迁移（温度、盐度）效应 需用观测值作校正
1、控制因素 2、氧同位素表达式 3、同温度的关系 4、同冰量的关系 5、代谢作用效应 6、生物上下迁移（温度、盐度）效应 7、氧同位素地层
第四纪古气候记录
一、深海沉积记录
二、冰芯记录
深海沉积记录
（一）、深海沉积 （二）、深海生物遗存 （三）、深海氧同位素指标和记录 （四）、深海大气粉尘记录 （五）、SST记录 （六）、古盐度记录 （七）、古海平面变化记录 （八）、冰筏沉积记录
深海沉积特点
1、6－11 billion metric tons/year 2、海洋和周边陆地气候变化的“档案库” 3、由陆源物质和生物遗存组成（CCD的概念) 4、最重要的生物－浮游、底栖有孔虫
2、氧同位素表达式
d18O/1000＝[(18O/16O)样－(18O/16O)标]/ (18O/16O)标
标准：SMOW
3、有孔虫d18O同温度的关系
Tபைடு நூலகம்16.9－4.2(dc－dw)+0.13(dc－dw)2 T－温度 dc－样品与标准之差 dw－海水与标准之差
4、同冰量的关系
浮游有孔虫d18O－温度控制为主 底栖有孔虫d18O－全球冰量控制为主
深海沉积记录
（一）、深海沉积 （二）、深海生物遗存 （三）、深海氧同位素指标和记录 （四）、深海大气粉尘记录 （五）、SST记录 （六）、古盐度记录 （七）、古海平面变化记录 （八）、冰筏沉积记录
深海沉积记录
（一）、深海沉积 （二）、深海生物遗存 （三）、深海氧同位素指标和记录 （四）、深海大气粉尘记录 （五）、SST记录 （六）、古盐度记录 （七）、古海平面变化记录 （八）、冰筏沉积记录
2、年纹层计数
（1）、直观法 （2）、测量法 d18O、大气微粒、化学成分 电导率
3、动力学计算
（三）、冰芯的古气候记录
1、古温度变化 2、温室气体变化 3、大气粉尘变化 4、火山喷发记录
（1）古温度记录 d18O、dD(d2H)
dD=8d18O+10
南极冰芯记录的 气温和二氧化碳 变化
冰期－间冰期气 温变化在10度以 上
气温与二氧化碳 变化基本同时
格陵兰冰芯记录的气温、雪积量和电导率变化
（三）、冰芯的古气候记录
1、古温度变化 2、温室气体变化 3、大气粉尘变化 4、火山喷发记录
南极Vostak冰芯 的气温、CO2和 甲烷变化曲线
注意：甲烷记录 的两万年周期强 于二氧化碳和气 温变化
（三）、冰芯的古气候记录
1、古温度变化 2、温室气体变化 3、大气粉尘变化 4、火山喷发记录
（三）、冰芯的古气候记录
1、古温度变化 2、温室气体变化 3、大气粉尘变化 4、火山喷发记录
两极冰芯记录对比
青藏高原冰芯记录
2 0 3 4 5 6
1
2
Age (Ma)
3
Shackleton et al., composite d18O
4
5
6
深海沉积记录
（一）、深海沉积 （二）、深海生物遗存 （三）、深海氧同位素指标和记录 （四）、深海大气粉尘记录 （五）、SST记录 （六）、古盐度记录 （七）、古海平面变化记录 （八）、冰筏沉积记录
深海沉积记录
（一）、深海沉积 （二）、深海生物遗存 （三）、深海氧同位素指标和记录 （四）、深海大气粉尘记录 （五）、SST记录 （六）、古盐度记录 （七）、古海平面变化记录 （八）、冰筏沉积记录
1、主要控制因素
（海洋有孔虫碳酸盐壳体的氧同位素组成）
（1）温度（局地因素） （2）盐度（局地因素） （3）全球冰量（全球因素）
深海沉积记录
（一）、深海沉积 （二）、深海生物遗存 （三）、深海氧同位素指标和记录 （四）、深海大气粉尘记录 （五）、SST记录 （六）、古盐度记录 （七）、古海平面变化记录 （八）、冰筏沉积记录
深海沉积记录
（一）、深海沉积 （二）、深海生物遗存 （三）、深海氧同位素指标和记录 （四）、深海大气粉尘记录 （五）、SST记录 （六）、古盐度记录 （七）、古海平面变化记录 （八）、冰筏沉积记录
30万年来全球冰量变化的氧同位素记录
SPECMAP d18O
2 0 40 80 120 160 200 240 280 320 1 0 -1 -2 -3
Age(kyr)
360 400 440 480 520 560 600 640 680 720 760 800
V19-30/ODP677 /ODP846 d18O