沉积地球化学在古气候研究中的应用

1、沉积地球化学在古气候研究中的应用古气候在古地理的恢复中具有重要的意义，关于于古气候的研究与 重建是了解地球环境发展历史与规律并且预测未来环境发展趋势的基 础。目前，古气候判别主要以矿物岩石学、古生物学、地球化学、古地磁学和地球物理学为基础。沉积地球化学是利用沉积岩或沉积物在 沉积一成岩进程中相尖元素迁移、集聚和分布规律来确定和恢复沉积 环境的。古气候载体主要囊括冰芯、深海和湖泊沉积物以及黄土一古土壤等不同的气候载体具有各自的替代性指标，一定程度上其反映的气候在全球范围内具有可比性关于研究气候演变规律及其驱动机制具有重要意义。1碳元素在古气候研究中的应用植物体碳元素及其同位素异可以用来反推古代气

2、候的变化规律和演化趋势。古气候综合反映了古温度和古湿度，可分为温暖，湿润，温暖， 寒无机碳同位素的变化。根据光合作用碳固存方式的差异以及初级产物中碳原子的数量， 植C3C4CAM植物。其中，C3植物主要生长在低温、低 日照、高降雨量和高土壤水分环境下；C4 植物喜干旱，要求低土壤 湿度，在有强光照射的高温环境能较好发育；CAM 植物种类较少（如 仙人掌科）， 干旱环境为其典范生长环境。般认为 C4 植物的出现和广布可能揭示地质历史时期内重要的 气C3 植物，C4 植物的出现并且广布于某些地区的生态系统反映 了地球气Cerlingetal1997 ) C3 C4 C4 C02 的影响生态系统类型

3、的转变需要同时满足大气 中C02 些条件。土壤和动物化石中的有机碳主要来自植物。随着从植物体到土壤 有C02CC3和C4研究发现C3C旱地区，水分是主要限制因素。水体碳酸盐岩与沉积物海洋沉积海洋沉积记录可揭示大时间尺度，广范围背景下的古气候和古环 境演化。在古气候和古环境研究中常用的一种方法是分析海相碳酸盐 岩中C、0 同位素。大量研究表明，古代海相碳酸盐岩稳定同 位素的组成大致反映了古代海洋稳定同位素的组成。海相碳酸盐岩稳 定同位素代海水温度和盐度起着重要作用。在地质历史迸程中，一些重要事件前后往往出现生物的空前繁盛的大量绝灭这将导致大气中二氧化碳浓度海水中重碳酸根离子 浓度以及碳同位素组成

4、的鲜明变化，沉积有机质和沉积碳酸盐碳同位素组成发生相应的變化这些记录保存在沉积地层中是重建古气候 的重要依据全球大规模、迅速的环境变化一般伴随全球碳循环以及海洋大气碳；C 值的减少表明 古海洋的生产力下降以及潜在的全球气候变冷和海平面下降。湖泊沉积湖泊沉积是区域古环境和古气候变化的最佳载体，反映了地质历 史进程中区域气候、植被和人类活动的演变轨迹。湖泊沉积碳酸盐分 为自生碳酸盐和外源碳酸盐。其中，自生碳酸盐来自湖水无机化学沉 淀、沉积物早期成岩作用以及生物成因，可以体现湖的生物活动和物 理化学作用强度，高值代表湖泊的盐碱化，低值则代表湖泊淡化，从 而反映了干湿气候变化。另外，在短时间尺度上，温

5、度可能是碳酸盐 沉淀最重要的影响因素。不同地区湖泊沉积物中碳酸盐含量在气候上 并且不完全一致， 与气候和区域水文密切相尖。湖相沉积物中的有机质含有丰冨的地球化学信息，是古环境研究 所需的基础资料之一。有机碳同位素是古气候变化研究的常用指标， 接合沉积物中总有机质丰度（TOC ）、总有机氮丰度（TN ）、自生碳酸 盐氧同位素等数据可以区分不同的气候类型。湖泊沉积物中碳酸盐含 量（TCC）及其同位索的变化记录了区域甚至全球气候变化进程，从 中可以提取古气候参数。碳屑与古环境恢复炭屑是植物组织不完全燃烧（或高温分解）产生的黑色无机碳化 物，形成于280C。500C。的温度区间。埋藏在各种地层（煤层除

6、外）中的炭屑称为古炭屑。炭屑是恢复古火灾的重要手段之一，在认识古气候、古植被和古 地理等方面发挥了重要作用。单次火灾的强度决定产生的木炭总量， 气候条件、可燃生物量及其燃烧特性都会影响火灾的强度。火的强度 和发生频率共通决定炭屑在一定时期的峰值。高炭屑浓度指示较强的 火活动， 与之关于应，火灾越容易发生，频率越高，气候也就越干旱。由植被燃烧产生的元素碳广泛分布在地质历史时期的大气、土壤、沉积物、巖石，水体和冰体中，含有大量矣于古代环境的信息。火灾 关于古气候的响应以及关于古植被的影响是环境变化中非常重要的因索， 关于于炭屑的研究可能有助于将人为因素的影响从全新世全球气候变化研究中剥离出去。2.

7、其他元素在古气候研究中的应用Rb、气候环境的变化。近年来，有学者全面分析了 Rb/Sr比值及其他环 境替代指标和历史记录，发现湖泊沉积物Rb/Sr 比值能较好地反映古 气候/古 却 有相当部分，更多的Sr 元素Rb/Sr 的环境中Rb/s7Rb/Sr值外，MgO/CaO值也具有反映气候变化的特性，干热天气 呈现高值，潮湿气候呈现低值。Re、0s 同位素具有亲有机物质的独特地球化学性质，这使得Re- Os Re-Os 这有助于迸一步认识全球大气，海洋和气候的演变。结论古气候条件影响各种地质作用、沉积物和沉积矿产的形成。利用 地球化学的方法，经过关于沉积岩或沉积物中各元素及同位素特征等的 研究有助于了解和重建环境发展历史与规律并且预测未来发展趋势。气候环境的差异影响光合作