洞穴石笋中氧同位素在恢复古气候中的应用

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1、洞穴石笋中氧同位素在恢复古气候中的应用主讲人：胡兆鑫01507111目录前言石笋氧同位素与温度的定性关系石笋氧同位素与降水量的变化石笋氧同位素与季风的变化结语前言近几十年来,许多科学家分别应用沉积岩、河流沉积物、湖泊沉积物、深海和浅海沉积物、黄土、古土壤、古风化壳、洞穴石笋、珊瑚、冰川冰芯、孢粉组合、树木、植物残体以及地貌地形等载体来研究古气候和古环境。在对这些载体的研究中，石笋具有高精度准确定年等优势，成为全球古气候对比的标尺，对晚第四纪气候在时间和空间变化的研究有着极为重要的科学意义。目前对石笋的研究主要集中在利用各种环

2、境代替指标来重建古气候并提取高精度的古环境和古气候信息方面，而石笋中氧同位素是重建古气候较为理想的指标。自O’Neil等人和Hendy系统提出以洞穴碳酸盐及其氧同位素来重建古气候的方法以来，该领域的研究已取得了不少成就。20世纪80年代末90年代初，用石灰岩洞穴内生长的石笋样品进行氧同位素测定，得出了石笋生长时期的温度变化曲线。除温度外，石笋中的氧同位素还承载着降雨量和季风的信息。石笋氧同位素与温度的定性关系目前，石笋对温度的指示意义存在两种截然不同的解译，一种情况是和温度呈正相关，另一种情况是值与温度呈负相关。我国石笋的研

3、究多集中在京津、长江中下游(靖南京)和西南岩溶区(广西、贵州和云南)。对京津、陕南和湖北清江等地岩溶物研究表明其值的变化与地面温度呈正关系；对南京、广西和云贵高原地区的岩溶沉积究表明值的变化则与地表温度呈负相关。这两种观点似乎以长江为界。王兆荣等对浙江地区的洞穴石笋研究分析后获得浙江临安瑞晶洞穴变化与温度变化的相关关系图(图1)。可以清楚地发现，两者之间在变化趋势上明显存在一种负相关性。图1　浙江临安瑞晶洞穴石笋的与古温度的变化关系综合分析可以看出，在我国中高纬度地区，越向大陆内部，与温度之间的正相相关关系越密切，而在中低纬

4、度地区和青藏高原南部，两者之间的负相关性较为显著。石笋氧同位素与降水量的变化在中低纬的东亚季风区，石笋的值大小主要反映夏季风降水量变化。在石笋同位素平衡的条件下，降水量越大，值就越小（图2）。降雨量与石笋值的这种负相关关系被称为降水量效应。在我国，降水量效应主要分布在东南沿海、云贵高原和青藏高原。贵阳5年降雨量和降雨中对比图石笋氧同位素与季风的变化研究表明，某一地区降水汽团的值是该汽团从源地迁移距离的函数。根据同位素分馏原理，轻同位素趋向于汽相中富集，重同位素则趋向于液相中富集。因此，降水汽团运移的时间、距离越大，汽团凝聚次

5、数越多，则造成其偏轻。当亚洲夏季风盛行时，长距离的水汽输运(远的水汽来源)、丰沛的降水(总降水量大)和相对暖的气候(温度高)均有利于在同位素分馏过程中负偏，因而石笋碳酸盐的也就偏负；反而，亚洲夏季风偏弱时，水汽输运的距离短，降水量小，加上相对偏低的气温，石笋氧同位素组成偏正。结语尽管石笋古气候研究已经取得了引人瞩目的成果，但目前的研究还存在很多需要解决的问题：1）石笋的生长机理。到底在什么样的气候背景下有利于石笋的生长，不同的区域石笋生长有何特征。这些都是重建古气候变化的重要因素。2）氧同位素对气候的指示意义一直没能量化，因

6、此还需要进一步的对比研究予以讨论。3）对洞穴碳酸盐的气候意义的解译在不同地域存在不确定性。因此，要更好理解石笋形成过程中的同位素机理及其环境意义,必须详细研究石笋形成的洞穴内现代碳酸盐—水体系的同位素特点。参考文献：【1】甄治国，钟巍，薛积彬，刘伟。洞穴石笋氧同位素古气候重建应用[J]。华南师范大学学报(自然科学版)，2006，2：125-131。【2】王兆荣，胡秀章，周德昌，葛宁洁。洞穴次生沉积物石笋的稳定同位素古气候的研究[J]。自然杂志，1996，19（2）。【3】李红春，顾德隆，DortePaulsen等。陕南石笋稳

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