第8讲地球化学课件

1、第三节第三节:黄土研究与全球变化黄土研究与全球变化中中国国黄黄土土分分布布区区域域 第三节第三节:黄土研究与全球变化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一、黄土堆积中古环境信息提取和主要替代性气候指标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

2、结构和土壤发生层次。第三节第三节:黄土研究与全球变化黄土研究与全球变化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 第三节第三节:黄土研究与全球变化黄土研究与全球变化黄土、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。冷期时黄土高原以接受黄土堆积

3、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。第三节第三节:黄土研究与全球变化黄土研究与全球变化二、黄土的碳氧同位素与二、黄土的碳氧同位素与10Be研究研究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

4、信息的理想材料。第三节第三节:黄土研究与全球变化黄土研究与全球变化成土过程中土壤碳酸盐的溶解、迁移和再沉淀成土过程中土壤碳酸盐的溶解、迁移和再沉淀 CaCO3十C02十H20Ca2+十2HC03- 第三节第三节:黄土研究与全球变化黄土研究与全球变化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 。渭南、渭南、吉县和吉县和会宁黄会宁黄土剖面土剖面全岩样全岩样品中碳品中碳酸盐酸盐13C值变化值变化曲线曲线 第三节第三节:黄土研究与全球变化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

5、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。第三节第三节:黄土研究与全球变化黄土研究与全球变化2. 黄土的黄土的10Be10Be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

6、，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第三节第三节:黄土研究与全球变化黄土研究与全球变化洛川黄土剖面洛川黄土剖面10Be及磁化率随深度变化曲线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。第三节第三节:黄土研究与全球变化黄土研究与全球变化“就地成因就地成因1010Be”Be”：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

7、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。第三节第三节:黄土研究与全球变化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10Be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)第三节第三节:黄土研究与全球变化黄土研究与全球变化不同堆积速率对应的石英不同堆积速率对应的石英“就地成因就地成因10Be”浓度与深度的关浓度与深度的关系系 第三节第三节

8、:黄土研究与全球变化黄土研究与全球变化侵蚀速率/cm a-1 2.310-4 4.610-4 7.010-4 9.310-4 11.610-4 10Be浓度原子 g1 1.37106 7.18105 40.80105 3.67105 2.95105 4.71106 2.47105 1.65106 1.26106 1.02106 2.10106 1.10106 7.37105 5.63105 4.53105 3.23106 1.70106 1.13106 8.66105 6.96105 黄土源区侵蚀速率与石英就地成因黄土源区侵蚀速率与石英就地成因10Be浓度关系浓度关系 第三节第三节:黄土研究与

9、全球变化黄土研究与全球变化 堆积速率 样品及深度m 0.01 0.005 GL47，9m (L1) GL83，17.15m(L2) GL47，9m (L1) GL83，17.15m (L2) 10Be浓度原子 g1 4.40104 4. 2104 8.49l04 7.91104 1.51105 1.46l05 2.93105 2.73105 6.76104 6.52104 1.31105 1.22105 1.04105 1.00105 2.01105 1.87105 黄土沉降区堆积速率与石英黄土沉降区堆积速率与石英“就地成因就地成因10Be”浓度关系浓度关系 第三节第三节:黄土研究与全球变化黄

10、土研究与全球变化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。第三节第三节:黄土研究与全球变化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段家坡剖面磁化率、有机质含量和有机质13C分布曲线分布曲线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 冰雪中的18O

11、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 。祁祁连连山山敦敦格格冰冰帽帽D5孔孔氧氧同同

12、位位素素曲曲线线 祁祁连连山山敦敦德德冰冰帽帽D6孔孔氧氧同同位位素素曲曲线线 温度的波动频温度的波动频率远大于降水率远大于降水的波动频率，的波动频率，即在百年级的即在百年级的气候变化中，气候变化中，温度可以有冷温度可以有冷或暖的多次交或暖的多次交替，相比之下，替，相比之下，降水持续干或降水持续干或湿的时间要相湿的时间要相对长一些，但对长一些，但每一个干湿循每一个干湿循环中的变化幅环中的变化幅度却又降水大度却又降水大于温度。于温度。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;并对应5个干期、6个湿期。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。

13、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。 新新仙仙女女本本期期存存在在的的过过去去 2万万年年的的氧氧同同位位素素记记录录 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；f.推测的古温度。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 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