第8章+古环境古气候
古气候 第五讲1
70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
230 240 250 260 270 280 290 300 Clay
Chiloparts ODP 677 18O 0 0.5 6 5 4 3
0
L1
Chiloparts ODP 677 18O 0 0.5 6 5 4 3
古气候变化原因（二）
一、岩石圈变动与气候变迁 二、人类活动与气候变化 三、全新世气候变化原因
古气候变化三个时间尺度
1、亚轨道尺度（sub-orbital time scales, 101－103年)－太阳活动(solar activity) 驱动 2、轨道尺度(orbital-scale)－日照(insolation) 季节、纬度配置变化驱动 3、构造尺度(tectonical-scale)－岩石圈构造 变化驱动
地史时期板块 的裂解、漂移 、会聚、拼合 、碰撞及造山 、成盆等过程 不可逆地控制 了全球气候的 演变
古生代晚期泛大陆复原图
地壳运动(水平运动、垂直运动） 地形、海陆配置 生物地球化学过程、 大气圈温室气体浓度
大气、大洋环流
气候变化
新生代构造尺度气候事件 发生的“开关”(valve)在海洋
7－8Ma白令海峡开通
0 100 200 300 30 20 10 160
L32 S32 L33
10 20 30 40 50 60
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L6 S6
S1 L2 L3 L4 L5 S5 S4 S2 S3
170 180 190 200 210 220
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Red
S7 S8 L9 S9 S10 S11 S12 S13 S14 L15 S15 S17 S19 S20 S22 L24 S24 L25 S25 S26 L27 S27 S28 S30 S31
自然伽马曲线应用于古气候、古环境研究--以柴达木盆地七个泉地区古近-新近纪地层为
自然伽马曲线应用于古气候、古环境研究--以柴达木盆地七个泉地区古近-新近纪地层为自然伽马曲线是石油地质学中的一种常用方法，也可以应用于古气候、古环境研究中。
在柴达木盆地七个泉地区的古近-新近纪地层研究中，自然伽马曲线的应用取得了一定的成果。
柴达木盆地是我国西部地区最大的非海相盆地之一，其基础地质图区域为30万平方公里，该地区属于缺水干旱区，古近-新近纪时期沉积相比较稳定，具有较好的水文地质和环境记录。
在该地区的古近-新近纪地层研究中，自然伽马曲线成为了不可或缺的工具。
首先，自然伽马曲线可以反映岩性反差和沉积环境变化。
在柴达木盆地七个泉地区的沉积盆地中，自然伽马曲线显示了反映砂岩、泥岩等岩性的变化，表明沉积环境的变化。
例如，在下地组中，伽马曲线显示了泥质岩、砂质岩交替分布的情况，在研究中发现，这种砂泥交替分布是与湖泊水位的变化有关的。
另外，在福海组和克拉玛依组等地层中，自然伽马曲线反映了岩性反差和沉积环境的变化，加深了我们对于地层的认识和了解。
其次，自然伽马曲线可以反映生物事件。
在柴达木盆地的七个泉地区的研究中，自然伽马曲线揭示了多次生物事件，如地层中突然消失或大量出现某些化石群。
例如，在雅鲁藏布江组中，自然伽马曲线显示有明显的黑色线，这是停滞时间的标志，停滞时间的产生与黑色页岩有关，而黑色页岩所具有的特殊化石（如异歧叶属）则表明了该地层的生物事件。
最后，在古地震和古气候研究中，自然伽马曲线也发挥了重要的作用。
自然伽马曲线可以提供地震地层学的决策依据，透露了某些地区古地震事件的发生时间和范围。
同时，它也可以反映古气候环境的变化，如地质时间尺度变化导致沉积环境的变化，地球气候的阶段性变化等等。
总之，自然伽马曲线是研究地质过程、古环境、古气候的重要工具，它可以反映地层的岩性、生物事件、古地震以及古气候变化等方面，对于深入研究地质历史、了解地球演化史具有重要而不可替代的作用。
以上文所述的柴达木盆地七个泉地区的古近-新近纪地层为例进行数据分析。
地球化学与古环境研究利用地球化学指标重建古气候和古生态
地球化学与古环境研究利用地球化学指标重建古气候和古生态地球化学与古环境研究：利用地球化学指标重建古气候和古生态地球化学是一门综合性科学，涉及地球上物质的组成、性质和变化过程。
在古环境研究中，地球化学起着重要作用，通过对地球化学指标的分析和解释，可以揭示古代的气候和生态条件。
本文将从地球化学的角度出发，介绍如何利用地球化学指标重建古气候和古生态。
一、地球化学指标的选择与意义在进行古气候和古生态研究时，选择合适的地球化学指标至关重要。
常用的指标包括岩石中的同位素组成、元素相对丰度和有机质特征等。
这些指标可以直接或间接地反映出古代的环境条件，为重建古气候和古生态提供了重要的线索。
1. 同位素组成同位素是同一元素中具有不同中子数的原子，其存在形式也常常具有不同的化学和物理性质。
因此，同位素组成的分析对于揭示物质来源、环境演化等方面的信息非常有价值。
例如，氧同位素组成可以反映降水的气候特征，碳同位素组成则可以提供有关古植被类型和古环境演化过程的信息。
2. 元素相对丰度不同的地球化学元素在地球物质中的相对丰度具有一定的规律性。
通过测量元素相对丰度的变化，可以了解到不同时期的地球化学环境发生的变化。
例如，古海洋中镁和钙的相对丰度比值（Mg/Ca）可以用于估算海水中的温度变化，硅酸盐中铝和钠的相对丰度比值（Al2O3/Na2O）可以反映岩石风化的程度。
3. 有机质特征有机质是古环境研究中常用的指标之一。
通过对古代有机质的化学组成和特征的分析，可以了解到古植被类型、气候条件和古生态环境的演变。
例如，叶蜡烃的组成可以指示古代植被类型和古代大气二氧化碳浓度的变化。
二、利用地球化学指标重建古气候1. 氧同位素组成氧同位素组成（δ18O）可以反映出水的来源和温度。
通常，寒冷气候下降水中的重氧同位素（18O）相对丰度较高，而温暖气候下降水中的重氧同位素相对丰度较低。
通过分析降水中氧同位素组成的变化，可以重建古气候变化的序列。
古气候学概论
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感谢支持！(Thank you for downloading and checking itout!)古气候学概论一、古气候学基础古气候学定义与意义古气候学是一门研究地球历史时期气候状态的科学。
它通过对地质历史时期的沉积物、生物化石、土壤、冰芯、湖泊和海洋等各种自然记录的研究，揭示地球过去气候的变化规律，进而理解现代气候系统的运作机制，预测未来气候变化趋势。
古气候学的研究对于揭示地球的长期气候变化规律，理解全球变化过程，评估人类活动对气候系统的影响，以及为应对和适应全球气候变化提供科学依据具有极其重要的意义。
古气候学发展简史古气候学的发展可以追溯到19世纪初，当时科学家们开始注意到地球气候在地质历史中存在着显著的变化。
20世纪初，随着地质学、地球物理学和生物学的进步，古气候学开始逐渐形成一门独立的学科。
特别是20世纪50年代以来，随着放射性同位素定年技术的发展和计算机技术的应用，古气候学进入了一个快速发展的阶段。
近年来，古气候学的研究方法和手段更加多样化，如大气化学示踪、生物标志物分析、气候模型模拟等，使古气候学的研究更加精细化和深入。
古气候学研究方法古气候学研究方法主要包括地质学方法、地球化学方法、生物方法、大气化学示踪方法和气候模型模拟方法等。
地质学方法主要是通过对岩石、沉积物和化石的研究，推断出古气候的状态。
地球化学方法是通过分析岩石和土壤中的化学成分，间接推断古气候条件。
生物方法则是通过研究生物化石和现生生物，了解古气候的特征。
大气化学示踪方法是利用大气中各种气体的来源和传输过程，推断出古气候的信息。
兰州三万年以来古气候演化与古环境重建
兰州三万年以来古气候演化与古环境重建一、本文概述本文旨在深入探讨兰州地区三万年以来的古气候演化与古环境重建。
通过对兰州地区地质记录、生物遗迹、湖泊沉积、冰川进退等多方面的综合分析，结合现代气候学、环境科学、地质学等多学科的理论和方法，以期揭示兰州地区古气候演化的历程，以及古环境变化对人类活动和社会发展的影响。
文章将首先概述兰州地区的地理位置、气候特点和环境背景，然后介绍研究的主要方法、数据来源和分析技术，最后概述研究的主要结果和结论。
通过对兰州地区古气候演化和古环境重建的深入研究，将为全球气候变化、生态环境保护和可持续发展等领域提供重要的科学依据和参考。
二、兰州地区自然地理概况兰州位于中国西北部，甘肃省中部，地处黄土高原向青藏高原的过渡地带。
其地理位置介于东经102°36′至104°35′，北纬35°34′至37°00′之间。
兰州地区地势西北高、东南低，西部和北部为山地，中部和南部为河谷平原。
黄河自西向东穿城而过，是兰州的母亲河，也是该地区最重要的水源。
兰州的气候属于典型的大陆性气候，冬冷夏热，春秋短暂。
由于地处内陆，远离海洋，兰州地区降水稀少，且主要集中在夏季。
年降雨量约300-400毫米，而蒸发量则高达1500-2000毫米。
这种气候特点使得兰州地区的生态环境相对脆弱，易受干旱、洪涝等自然灾害的影响。
兰州地区的土壤主要以黄绵土和灰钙土为主，这两种土壤类型均具有较高的保水保肥能力，适宜农作物的生长。
然而，由于气候干旱和人为活动的影响，兰州地区的土壤侵蚀问题较为严重，水土流失现象普遍。
植被方面，兰州地区的植被类型以温带草原和温带荒漠草原为主。
在河谷平原地区，人工植被如农田、果园等占据较大比例。
而在山地地区，则以天然次生林和灌木林为主。
这些植被类型对于维护兰州地区的生态平衡和防止土壤侵蚀具有重要意义。
兰州地区的自然地理条件复杂多样，既有丰富的自然资源，也面临着严峻的生态环境问题。
《考古学概论》第5章 环境、资源与经济研究
河谷横剖面结构图 1.河床 2.河漫滩 3.谷坡 4.阶地 5.谷肩（谷缘）—枯水位┄洪水位
河谷形态特征示意图 1.河床 2.河漫滩 3.阶地 4.牛轭湖 5.三角洲
（三）地貌变迁研究方法
环境考古中的地貌变迁研究，最终目的是认识地貌变迁与人类活动的关系
遗址所在区域地貌研究，通过实地调查、采样和分析来获取认识地貌演化 的科学数据。地貌调查的内容包括地貌类型、形体大小、高程、分布以及 物质组成、地貌的成因和年龄、不同地貌类型之间的关系等
人类活动对环境的影响已经成为社会共识并影响着大众的日常生活， 尤其低碳生活已经成为全人类所倡导并追求的一种健康生活方式
从历史发展的角度来看，旧石器时代采集狩猎人群对环境的影响是非 常有限的。相比较而言，新石器时代农业人群对环境的影响明显加剧
新石器时代的农业生产通过影响森林、草原覆盖及生态系统，进而影 响遗址周围地貌和遗址所在区域的生态系统，一定程度地干扰甚至破 坏了区域环境
一、攫取经济 所谓攫取经济，是指人类依赖其居住地点周围的自然环境和资源，食 物等基本生存资源是从大自然中攫取而不是生产所得，而食物获取的 主要对象则与人类的食性特征密切相关 （一）食物类别和特点 人类杂食习性的形成可能与物种的演化有关 在渔猎技术完善之前，人类可能主要依靠采集方式获取食物资源，肉 食的比例相对较低
人类可能很早就控制性用火了，相关的考古证据遍及亚洲、 欧洲和非洲等地。距今70万-20万年之间的周口店遗址，就 发现了比较确定的用火遗迹
旧石器时代晚期人类用火遗迹
1. 青海海南沟后水库遗址 2. 青海海北娄拉水库遗址 3. 吉林西山遗址
（三）广谱经济及其影响
所谓广谱经济，是指旧石器时代晚期到新石器时代早期的一段时间内， 原来不曾被利用或被忽视的动植物资源，也逐渐成为人类开发利用的 对象。而这一显著变化的重要意义就在于，由此逐步导致了单一的攫 取经济模式的结束和食物生产的开始
古气候学复习(背完就80) (1)
氧同位素与温度间的关系 δD=8.0 × δ18O + 10‰ 生物标志物与气候关系 TEX86 与 SST 相关性 GDGTs 与温度重建 利用全球 90 个样点共 134 个土壤样品进行
GDGTs 分析 MAT= (MBT-0.122-0.187*CBT)/0.02 全球湖泊沉积物中 GDGTs 与温度及 pH 关系 利用树轮宽度、 密度重建气候
（一） 基本原理和常用方法概述 “将今论古”
现代过程的局限性： Ø 关系随时间发生改变 Ø 响应的滞后性 Ø 人类活动的干扰
常用指标根据代用指标的属性分为： p 生物指标(如： 孢粉、 有孔虫、 硅藻、 摇蚊、 珊瑚礁 和树轮等) p 物理化学指标(如： 氢氧同位素、 生物标志物、 惰性 气体、 Mg/Ca 比、 Uk-37、 TEX-86、 磁化率等) p 历史文献记录(物候等)
关键是建立可靠的共同时间标尺
南北两半球总体趋势的比较 用冰芯中的气泡氧同位素做共同时标 Ø 冰期、 间冰期趋势一致 Ø D-O 在北半球更突出 Ø 南半球没有明显的 YD
北极温度变化滞后南极 2000 年 用冰芯中的气泡氧同位素做共同时标
末次冰消期时北极气温滞后南极约 3000 年 用 δ18Oatm 做共同时标 南极无明显 YD
南北极气候变化在 D－O 旋回上的反向性 用格陵兰和南极的 CH4 记录做共同时间标尺 温度变化的跷跷板模式 七次转暖， 都是南极比北极早 1500 年到 3000 年 新记录 NGRIP 更进一步证实 D-O 的反相
南北半球冰芯气候记录对比： Ø 冰期-间冰期尺度上表现出一致性 （进一步验证米兰科维奇理论） Ø 在末次冰期， 南北半球千年尺度气候变化的跷 跷板模式（表明大洋传送带的重要作用） Ø 甲烷变化的一致性 （ 中低纬湿地为主要源区）
十五万年以来的古气候及其研究方法综述(精)
第17卷第2期1998年6月地质科技情报Geo logical Science and T echno logy Info r m ati onVol117No12Jun11998十五万年以来的古气候及其研究方法综述①丁旋(中国地质大学,北京,100083摘要简述了十五万年来古气候变化旋回及其中的短期波动事件,如新仙女木事件;概要地介绍了黄土、古海洋沉积、冰岩芯、树木年轮、洞穴碳酸钙等的古气候研究方法的最新进展;并指出在古气候研究中,必须注意多种方法的互相对比印证,才能保证结论的准确性与可靠性。
关键词十五万年以来古气候研究方法分类号P532气候变化及其对人类生存环境的影响问题已引起各国政府和科学家们的极大关注,特别是近十多年来气候异常在世界许多地区造成了一系列的自然灾害。
另一方面,由于人类活动造成大气中CO2,CH4等温室气体含量增加,也严重影响到全球气候的变化。
据初步估计,到21世纪中叶,全球年平均气温可增加115~415°C,平均海平面可增加20~40c m〔1〕。
为了避免气候剧变给人类生存环境带来严重的不利影响,了解并掌握气候异常变化的成因机制并予以准确预测,变得极为迫切与重要。
研究过去才能预测未来,通过对晚第四纪古气候的研究,探索古气候变化的动力成因机制并由此预测未来气候变化趋势就成为现阶段各国科学家们致力解决的重大科学问题。
近年来人类生存环境的严重恶化已引起国际有关组织的关注。
70年代以来,国际上召开了一系列会议讨论与气候变化有关的问题,提出了若干个大型研究计划,其中与气候环境变化及预测紧密相关的研究计划有“世界气候研究计划(W CR P”〔2,3〕,“全球变化,国际地圈—生物圈计划(IGB P”〔4〕,“国际南北半球古气候计划(PANA SH”〔5〕,其由IGB P的核心计划之一“过去的全球变化(PA GES”为将点或区域的研究扩展到全球而提出。
针对这些明确的现阶段古气候研究目标,各国科学家经过多年努力,尤其是近年来多种古气候研究新技术、新方法的应用,对晚第四纪古气候变化旋回及其中的短期波动事件已有了比较深入的认识。
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NOAA NASA
U.S. Bureau of the Census
Mackenzie et al (2002)
Richards (1991), WRI (1990)
14C
13C 12C
Goldewijk and Battjes (1997)
IPCC
FAO
14C 13C
12C
14C
13C 12C
Petit et al. 1999. Nature 399, 429-436
14C
13C
12C
z Greenland inland ice sheet
温度(C )
14C
13C 12C
1000
1500
2000
Mann (1999)
9
14C
13C
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z 海洋深层水的温度变化：
z 显示升温趋势
z 原因是高纬度冬季温度升高
14C
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线流量与黑子数的
13
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12C
z在太阳活动的极大期，太阳风的磁场使宇
宙射线偏离太阳系
z导致放射性核素，如14C、10Be、44Ti，产
率降低
z负相关的最大值有近8个月的滞后期
14C
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/qil/datasets/
Stuiver et al, The Holocene, 1993
15
14C
13C
12C
C数据反演
Solanki et al., 2004. Nature431 1084-10871614C
13C
12C
Caballero-Lopez
et al.2005
Solanki et al.2004
行星际磁场：
结果一致
近年来的增
强趋势明
显：10Be
14C
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Eddy, 1976, 197714C
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294, 2130
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太阳活动高峰期：云量少& 辐射更强Æ气候温暖
14C
13C
12C
Krivova et al.2003 A&A Lett 14
C 13C 12C 宇宙射线与云量
与平流层气溶胶也有良好的相关性
Vanhellemont et al, 2002
Svensmark & Friis-Christensen, 1997
22
14C
13C 12C
8.2 温室气体与气候变化
z proxy
indicators: 指示古气候古环境变化
8.2.1 海洋沉积物甲烷释放
Weissert, 2000, Nature
14C
13C 12C
24
14C
13C
12C
14C
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26
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12C
14C 13C
12C
可能是由于甲烷净产生量与总产生量之比降低石油相关的甲烷产生比例提高
湿地
稻田填埋反刍动物生物质燃烧
天然气海洋水合物煤层瓦斯
14C
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14C 13C
12C
14C
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31
14C
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32
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8.3 温度的同位素反演
8.3.1 冰芯氧同位素
33
14C
13C
12C
z 如何对冰芯计年？
层次计数法：夏季降雪积累快，冬季末往往有尘土沉降，可以从颜色上判断
34
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13C 12C
年平均温度
36
14C
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37
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格陵兰冰芯记录的气温、雪积量和电导率变化
14C
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δ18O
壳
-δ18O
水
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海平面
海洋
冰川
总量
总量
冰川
冰川
海洋
海洋
Δ
=
Δ
δ
=
δ
+
δ
A
/
M
M
M
M
41
14C
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12C14C
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14C
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叶片水中的氧δ与水平衡的大气中次生代谢化合物稍低：受其它来源丰度不同的氧的影响；与植物体内水分子、羰基及其他中间产14C
13C
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但是，应用氢同位素组成来研究古生物学
14C
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12C
46
14C
13C
12
C Wright 2001, thesis
47
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13C
12C
10Be反演的
降水量8.4.1 冰芯同位素
D反演饱和水
气压再推定的降水量
14C
13C 12C
8.4.2 树轮氧同位素
120天内的降水量与树轮纤维素氧同位素组成
6月20~10月17，1900~1998
14C
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12C
14C
13C
12C
CO N 水中的D, 51
14C
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Princeton MOM vs Observations
14C
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木质素石油自然界甲烷δ14C
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12
C 次生代谢物库14C
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55
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12C14C
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12C 14C
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12C14C
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植物光合作用
环境光照
温度
水分
环境
59
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Barber et al., 2003, Nature60
14C
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树轮碳同位素与生长的关系
显著负相关
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13C 12C
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海洋地质与第四纪地质
14C
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1500 1600 1700 1800 1900 year
14C
13C
12C
CAM
C3
C4
14C
13C 12C
O 14C
13C
12C
与大气的交换过程很重要：
如：18.0‰
14C 13C
12C
Jornada, South New Mexico
14C
13C 12C
采样避免母质（原生）碳酸盐的影响
14C 13C
12C
度，推定当时大气CO 2浓度和同位素组成
14C
13C 12C
14C
13C
12C
温度效应：低温增加溶解，盐度效应：盐度增加降低溶解，岩石储存：太慢，不大可能
植被海洋表层储存：因结冰而减少
海洋深层：存量72
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13C
12C
冰芯气体推定沉积速率：
冰的沉积速率快(0.5 m/yr) 时气体年龄与冰的年龄相差较小——几百年沉积慢(0.05~0.1 m/yr) 时可达1000 ~ 2000年
73
14C
13C
12C7414C
13C
12C
75
14C
13C
12C14C
13C
12C。