洞穴石笋中氧同位素在恢复古气候中的应用

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贵阳5年降雨量和降雨中δ 18O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 δ O 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，汽团凝聚次数越多，则造成其δ 18O偏轻。
石笋氧同位素与温度的定性关系
• 目前，石笋 δ 18O 对温度的指示意义存在两种截然 不同的解译，一种情况是 δ 18Ο 和温度呈正相关， δ 18Ο值与温度呈负相关。 另一种情况是 • 我国石笋的研究多集中在京津、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 δ 18Ο 值的变化与地面温度呈正关系；对南京、广 18 西和云贵高原地区的岩溶沉积究表明δ Ο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 δ 18O 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 δ 18O与古 图1 浙江临安瑞晶洞穴石笋的 相关性。
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 δ 18O 关系越密切，而在中低纬度地区和青藏高 原南部，两者之间的负相关性较为显著。
谢谢！
石笋氧同位素与降水量的变化
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δ 18O值大小主要 在中低纬的东亚季风区，石笋的 反映夏季风降水量变化。 δ 18O值 在石笋同位素平衡的条件下，降水量越大， 就越小（图2）。 δ 18O 值的这种负相关关系被称为降 降雨量与石笋 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。
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。
源自文库18
• 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 δ 18O 候(温度高)均有利于 在同位素分馏过程中负偏， δ 18O 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。
• 目前对石笋的研究主要集中在利用各种环境代替 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。
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，因此还需要 进一步的对比研究予以讨论。3）对洞穴碳酸盐的 δ 18O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。