沉積地球化學(xué)在古氣候研究中的應(yīng)用

1、沉積地球化學(xué)在古氣候研究中的應(yīng)用古氣候在古地理的恢復(fù)中具有重要的意義，關(guān)于于古氣候的研究與 重建是了解地球環(huán)境發(fā)展歷史與規(guī)律并且預(yù)測未來環(huán)境發(fā)展趨勢的基 礎(chǔ)。目前，古氣候判別主要以礦物巖石學(xué)、古生物學(xué)、地球化學(xué)、古地磁學(xué)和地球物理學(xué)為基礎(chǔ)。沉積地球化學(xué)是利用沉積巖或沉積物在 沉積一成巖進(jìn)程中相尖元素遷移、集聚和分布規(guī)律來確定和恢復(fù)沉積 環(huán)境的。古氣候載體主要囊括冰芯、深海和湖泊沉積物以及黃土一古土壤等不同的氣候載體具有各自的替代性指標(biāo)，一定程度上其反映的氣候在全球范圍內(nèi)具有可比性關(guān)于研究氣候演變規(guī)律及其驅(qū)動機(jī)制具有重要意義。1碳元素在古氣候研究中的應(yīng)用植物體碳元素及其同位素異可以用來反推古代氣

2、候的變化規(guī)律和演化趨勢。古氣候綜合反映了古溫度和古濕度，可分為溫暖，濕潤，溫暖， 寒無機(jī)碳同位素的變化。根據(jù)光合作用碳固存方式的差異以及初級產(chǎn)物中碳原子的數(shù)量， 植C3C4CAM植物。其中，C3植物主要生長在低溫、低 日照、高降雨量和高土壤水分環(huán)境下；C4 植物喜干旱，要求低土壤 濕度，在有強(qiáng)光照射的高溫環(huán)境能較好發(fā)育；CAM 植物種類較少（如 仙人掌科）， 干旱環(huán)境為其典范生長環(huán)境。般認(rèn)為 C4 植物的出現(xiàn)和廣布可能揭示地質(zhì)歷史時期內(nèi)重要的 氣C3 植物，C4 植物的出現(xiàn)并且廣布于某些地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)反映 了地球氣Cerlingetal1997 ) C3 C4 C4 C02 的影響生態(tài)系統(tǒng)類型

3、的轉(zhuǎn)變需要同時滿足大氣 中C02 些條件。土壤和動物化石中的有機(jī)碳主要來自植物。隨著從植物體到土壤 有C02CC3和C4研究發(fā)現(xiàn)C3C旱地區(qū)，水分是主要限制因素。水體碳酸鹽巖與沉積物海洋沉積海洋沉積記錄可揭示大時間尺度，廣范圍背景下的古氣候和古環(huán) 境演化。在古氣候和古環(huán)境研究中常用的一種方法是分析海相碳酸鹽 巖中C、0 同位素。大量研究表明，古代海相碳酸鹽巖穩(wěn)定同 位素的組成大致反映了古代海洋穩(wěn)定同位素的組成。海相碳酸鹽巖穩(wěn) 定同位素代海水溫度和鹽度起著重要作用。在地質(zhì)歷史迸程中，一些重要事件前后往往出現(xiàn)生物的空前繁盛的大量絕滅這將導(dǎo)致大氣中二氧化碳濃度海水中重碳酸根離子 濃度以及碳同位素組成

4、的鮮明變化，沉積有機(jī)質(zhì)和沉積碳酸鹽碳同位素組成發(fā)生相應(yīng)的變化這些記錄保存在沉積地層中是重建古氣候 的重要依據(jù)全球大規(guī)模、迅速的環(huán)境變化一般伴隨全球碳循環(huán)以及海洋大氣碳；C 值的減少表明 古海洋的生產(chǎn)力下降以及潛在的全球氣候變冷和海平面下降。湖泊沉積湖泊沉積是區(qū)域古環(huán)境和古氣候變化的最佳載體，反映了地質(zhì)歷 史進(jìn)程中區(qū)域氣候、植被和人類活動的演變軌跡。湖泊沉積碳酸鹽分 為自生碳酸鹽和外源碳酸鹽。其中，自生碳酸鹽來自湖水無機(jī)化學(xué)沉 淀、沉積物早期成巖作用以及生物成因，可以體現(xiàn)湖的生物活動和物 理化學(xué)作用強(qiáng)度，高值代表湖泊的鹽堿化，低值則代表湖泊淡化，從 而反映了干濕氣候變化。另外，在短時間尺度上，溫

5、度可能是碳酸鹽 沉淀最重要的影響因素。不同地區(qū)湖泊沉積物中碳酸鹽含量在氣候上 并且不完全一致， 與氣候和區(qū)域水文密切相尖。湖相沉積物中的有機(jī)質(zhì)含有豐冨的地球化學(xué)信息，是古環(huán)境研究 所需的基礎(chǔ)資料之一。有機(jī)碳同位素是古氣候變化研究的常用指標(biāo)， 接合沉積物中總有機(jī)質(zhì)豐度（TOC ）、總有機(jī)氮豐度（TN ）、自生碳酸 鹽氧同位素等數(shù)據(jù)可以區(qū)分不同的氣候類型。湖泊沉積物中碳酸鹽含 量（TCC）及其同位索的變化記錄了區(qū)域甚至全球氣候變化進(jìn)程，從 中可以提取古氣候參數(shù)。碳屑與古環(huán)境恢復(fù)炭屑是植物組織不完全燃燒（或高溫分解）產(chǎn)生的黑色無機(jī)碳化 物，形成于280C。500C。的溫度區(qū)間。埋藏在各種地層（煤層除

6、外）中的炭屑稱為古炭屑。炭屑是恢復(fù)古火災(zāi)的重要手段之一，在認(rèn)識古氣候、古植被和古 地理等方面發(fā)揮了重要作用。單次火災(zāi)的強(qiáng)度決定產(chǎn)生的木炭總量， 氣候條件、可燃生物量及其燃燒特性都會影響火災(zāi)的強(qiáng)度?；鸬膹?qiáng)度 和發(fā)生頻率共通決定炭屑在一定時期的峰值。高炭屑濃度指示較強(qiáng)的 火活動， 與之關(guān)于應(yīng)，火災(zāi)越容易發(fā)生，頻率越高，氣候也就越干旱。由植被燃燒產(chǎn)生的元素碳廣泛分布在地質(zhì)歷史時期的大氣、土壤、沉積物、巖石，水體和冰體中，含有大量矣于古代環(huán)境的信息?；馂?zāi) 關(guān)于古氣候的響應(yīng)以及關(guān)于古植被的影響是環(huán)境變化中非常重要的因索， 關(guān)于于炭屑的研究可能有助于將人為因素的影響從全新世全球氣候變化研究中剝離出去。2.

7、其他元素在古氣候研究中的應(yīng)用Rb、氣候環(huán)境的變化。近年來，有學(xué)者全面分析了 Rb/Sr比值及其他環(huán) 境替代指標(biāo)和歷史記錄，發(fā)現(xiàn)湖泊沉積物Rb/Sr 比值能較好地反映古 氣候/古 卻 有相當(dāng)部分，更多的Sr 元素Rb/Sr 的環(huán)境中Rb/s7Rb/Sr值外，MgO/CaO值也具有反映氣候變化的特性，干熱天氣 呈現(xiàn)高值，潮濕氣候呈現(xiàn)低值。Re、0s 同位素具有親有機(jī)物質(zhì)的獨(dú)特地球化學(xué)性質(zhì)，這使得Re- Os Re-Os 這有助于迸一步認(rèn)識全球大氣，海洋和氣候的演變。結(jié)論古氣候條件影響各種地質(zhì)作用、沉積物和沉積礦產(chǎn)的形成。利用 地球化學(xué)的方法，經(jīng)過關(guān)于沉積巖或沉積物中各元素及同位素特征等的 研究有助于了解和重建環(huán)境發(fā)展歷史與規(guī)律并且預(yù)測未來發(fā)展趨勢。氣候環(huán)境的差異影響光合作