第7讲地球化学课件
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适应炎阳下生长的草类，包括大多数热带草类遵循 来均进 -1行2.5光‰合)作。用，C4植物的δ13C值为-9‰一-16‰(平 ❖ CAM途径：
大多数肉质植物则通过此途径进行光合作用，此途 径涉及到景天酸的代谢。CAM植物的δ13C值为16.5‰。
第二节:动物体内同位素组成、种群特征与全球变化
不同食性动物骨胶质中的δ13C值
第一节:树轮研究与气候变化
二、树轮生长波动与环境变化耦合的研究
树木生长既是自然生理作用的结果，又是环境影响 的产物。不同年份生长的生理宽度应该是生理作用和环 境影响的综合反映。为了更好地提取树轮环境信息，必 须重点揭示环境影响的树轮效应，即分辨出树轮变化中 受环境条件变化而产生的生长波动。
第一节:树轮研究与气候变化
pi＝pa—A／g 式中，A为植物对C02吸收速率；g为叶片外部小孔的导通系数。
各种各样外部条件的变化都会引起A值的变化。如光线增强或 g率值，变也小是，年都轮会宽增度加指δ标13的Cp指，示反。之减小。A／g就是树木吸收CO2速
第二节:动物体内同位素组成、种群特征与全球变化
在全球变化研究中，可利用古动物体内的氧同 位素和碳同位素的变化反演动物生长期间气候变化 趋势，也可以通过底栖有孔虫的种群特征、氧同位 素组成等探讨古海洋环境及环境变迁。
第二节:动物体内同位素组成、种群特征与全球变化
一、马牙氧同位素组成与气候指标的定量关系
因为食草动物的食物同位素的组成比较规律和稳定， 所以牙齿釉质层的同位素分析对于判别古气候变化很有 用。
根据哺乳动物牙齿的碳同位素组成判别古气候主要 是首先根据碳同位素组成判别出动物的食性，然后再根 据其取食植物的光合作用类型判别出当时的气候带。
松木年际生长波动率与 环境因素变化对比图
a.新疆阿克苏地区年水量变化； b.太阳黑子相对降数变化，图中 数码为太阳黑子活动周序号； c.逐年生长波动率变化； d. δ13C 变化。
第Βιβλιοθήκη Baidu节:树轮研究与气候变化
2．生长波动率与环境因子的耦合
(1)生长波动与太阳黑子的耦合关系 新疆托木尔峰地区松木生长波动率与太阳黑子活动
这表明，树轮中纤维素及全木的δ13C值的变化均能反映 古气候的变化。同时证实纤维素中δ13C值与树轮宽度指标之 间无相关关系。
第一节:树轮研究与气候变化
R=0.61
渭河古河道 151年冷杉 全木及纤维 R=-0.37 素δ13C值及 树轮宽度指 示曲线
第一节:树轮研究与气候变化
树轮宽度的变化对同位素的变化是否有影响的问题一直是争论 的焦点。
周表现出较好耦合关系。该松木生长波动率变化与太阳 黑子活动周之间的耦合关系说明了太阳黑子活动变化可 能影响着树木生长的变化。
第一节:树轮研究与气候变化
(2)生长波动受年均降水量的影响，但具有2年的滞后期 1959—1960、1964、1968、1973、1977等年份
较高的生长波动率分别与1957—1958、1962、1966、 197l、1975等年份较高的降水量对应；而1961、1969 一197l、1975等年份较低的生长波动率分别与1959、 1967—1969、1973等年份较低的降水量相对应，但 是，这种对应缺乏准确的函数关系。年均降水量对该松 木生长波动的影响明显地存在着2年的滞后期。
1．树木生长波动率的定义
木材的生长波动率ρ定义为： ρ＝[(S—S’)／S’]×100％ S（木材增长量）：以生长断面面积表示； S’：模拟曲线上的木材增长量 。 由上式可知：当ρ为正值时，表示环境因素对木材生
长起了促进作用；而ρ为负值时，表示环境因素对木材 生长起了抑制作用。
第一节:树轮研究与气候变化
对此，Francey和Farquhar提出如下分馏模式： δ13Cp＝δ13Ca一4.4—22.6(pi／pa)
式中，δ13Cp为植物纤维素中的δ13C值；δ13Ca为植物生长期 间 浓度大。气C02中的δ13C值；pi和pa分别为纤维细胞内部和外部的C02 而 之间且在的也这关是一系细模为胞式：膜中内，部植及物外的部δC1032C浓不度仅的是函大数气。C内O部2中与δ外13C部的C0函2数浓，度
目前看来，木材中较低的δ13C值指示环境较高的温度的可 能性是存在的。当气温较高，水分充足时，树木生长较快，呈 现出较大的生长波动率。反之，当水分不够充沛，即使较高的 气温也未必出现较高的生长波动率；同样，当水分充足，而气 温偏低也不可能出现较高的生长波动率。
第一节:树轮研究与气候变化
三、古冷杉树轮宽度与稳定碳同位素
第一节:树轮研究与气候变化
(3)碳同位素分馏指示的气温变化制约着该松木的生长波动
1940一1964年间逐年的生长波动率与δ13C的线性关系为； δ13CPDB(‰)＝-22.84—0.027ρ(r＝-O.86)
虽然这种线性负相关关系显著，但仅局限于该松木生长的 旺盛期。
在此讨论的线性相关仅是一种统计关系，而非因果关系。 然而，不管对δ13C的年际变化机理作何解释，大气C02经光合 作用转化为木材碳时的碳同位素分馏效应是肯定的。
第二节:动物体内同位素组成、种群特征与全球变化
植物的三种光合作用途径 ❖ Calvin(或C3)方式：
生长在树荫浓密的森林或温带气候环境中的所有树 种的和 δ1大3C多值数为灌-2丛0‰ 杂草一以-3此5‰类(方平式均进-2行6.光5‰ 合作) 。用，C3植物 ❖ Hatch—Slack(或C4)途径：
❖ 食树叶的动物（即以食用C3途径进行光合作用植物的动 物，如南非的非洲大羚羊）骨胶质中的δ13C值为21.5‰，其原因是此类动物仅食用树木或灌丛的树叶；
❖ 仅食用以C4途径进行光合作用的草类的食草动物，其骨 胶质中的δ13C值为-8‰—-10‰；
植物纤维素中的13C／12C可以反映其生长期间的气候因 素及大气CO2浓度变化的信息。年轮宽度与同位素比例之间 为反对射关系（anticorrelation)。
渭河古河道发现的木桩全木分析获得的δ13CH与纤维素分 析结果δ13Cc之间有明显的相关性，它们之间的相关系数r＝ 0.61。δ13Cc与年轮宽度指标的相关系数r＝-0.37，表示相 关性很小。
大多数肉质植物则通过此途径进行光合作用，此途 径涉及到景天酸的代谢。CAM植物的δ13C值为16.5‰。
第二节:动物体内同位素组成、种群特征与全球变化
不同食性动物骨胶质中的δ13C值
第一节:树轮研究与气候变化
二、树轮生长波动与环境变化耦合的研究
树木生长既是自然生理作用的结果，又是环境影响 的产物。不同年份生长的生理宽度应该是生理作用和环 境影响的综合反映。为了更好地提取树轮环境信息，必 须重点揭示环境影响的树轮效应，即分辨出树轮变化中 受环境条件变化而产生的生长波动。
第一节:树轮研究与气候变化
pi＝pa—A／g 式中，A为植物对C02吸收速率；g为叶片外部小孔的导通系数。
各种各样外部条件的变化都会引起A值的变化。如光线增强或 g率值，变也小是，年都轮会宽增度加指δ标13的Cp指，示反。之减小。A／g就是树木吸收CO2速
第二节:动物体内同位素组成、种群特征与全球变化
在全球变化研究中，可利用古动物体内的氧同 位素和碳同位素的变化反演动物生长期间气候变化 趋势，也可以通过底栖有孔虫的种群特征、氧同位 素组成等探讨古海洋环境及环境变迁。
第二节:动物体内同位素组成、种群特征与全球变化
一、马牙氧同位素组成与气候指标的定量关系
因为食草动物的食物同位素的组成比较规律和稳定， 所以牙齿釉质层的同位素分析对于判别古气候变化很有 用。
根据哺乳动物牙齿的碳同位素组成判别古气候主要 是首先根据碳同位素组成判别出动物的食性，然后再根 据其取食植物的光合作用类型判别出当时的气候带。
松木年际生长波动率与 环境因素变化对比图
a.新疆阿克苏地区年水量变化； b.太阳黑子相对降数变化，图中 数码为太阳黑子活动周序号； c.逐年生长波动率变化； d. δ13C 变化。
第Βιβλιοθήκη Baidu节:树轮研究与气候变化
2．生长波动率与环境因子的耦合
(1)生长波动与太阳黑子的耦合关系 新疆托木尔峰地区松木生长波动率与太阳黑子活动
这表明，树轮中纤维素及全木的δ13C值的变化均能反映 古气候的变化。同时证实纤维素中δ13C值与树轮宽度指标之 间无相关关系。
第一节:树轮研究与气候变化
R=0.61
渭河古河道 151年冷杉 全木及纤维 R=-0.37 素δ13C值及 树轮宽度指 示曲线
第一节:树轮研究与气候变化
树轮宽度的变化对同位素的变化是否有影响的问题一直是争论 的焦点。
周表现出较好耦合关系。该松木生长波动率变化与太阳 黑子活动周之间的耦合关系说明了太阳黑子活动变化可 能影响着树木生长的变化。
第一节:树轮研究与气候变化
(2)生长波动受年均降水量的影响，但具有2年的滞后期 1959—1960、1964、1968、1973、1977等年份
较高的生长波动率分别与1957—1958、1962、1966、 197l、1975等年份较高的降水量对应；而1961、1969 一197l、1975等年份较低的生长波动率分别与1959、 1967—1969、1973等年份较低的降水量相对应，但 是，这种对应缺乏准确的函数关系。年均降水量对该松 木生长波动的影响明显地存在着2年的滞后期。
1．树木生长波动率的定义
木材的生长波动率ρ定义为： ρ＝[(S—S’)／S’]×100％ S（木材增长量）：以生长断面面积表示； S’：模拟曲线上的木材增长量 。 由上式可知：当ρ为正值时，表示环境因素对木材生
长起了促进作用；而ρ为负值时，表示环境因素对木材 生长起了抑制作用。
第一节:树轮研究与气候变化
对此，Francey和Farquhar提出如下分馏模式： δ13Cp＝δ13Ca一4.4—22.6(pi／pa)
式中，δ13Cp为植物纤维素中的δ13C值；δ13Ca为植物生长期 间 浓度大。气C02中的δ13C值；pi和pa分别为纤维细胞内部和外部的C02 而 之间且在的也这关是一系细模为胞式：膜中内，部植及物外的部δC1032C浓不度仅的是函大数气。C内O部2中与δ外13C部的C0函2数浓，度
目前看来，木材中较低的δ13C值指示环境较高的温度的可 能性是存在的。当气温较高，水分充足时，树木生长较快，呈 现出较大的生长波动率。反之，当水分不够充沛，即使较高的 气温也未必出现较高的生长波动率；同样，当水分充足，而气 温偏低也不可能出现较高的生长波动率。
第一节:树轮研究与气候变化
三、古冷杉树轮宽度与稳定碳同位素
第一节:树轮研究与气候变化
(3)碳同位素分馏指示的气温变化制约着该松木的生长波动
1940一1964年间逐年的生长波动率与δ13C的线性关系为； δ13CPDB(‰)＝-22.84—0.027ρ(r＝-O.86)
虽然这种线性负相关关系显著，但仅局限于该松木生长的 旺盛期。
在此讨论的线性相关仅是一种统计关系，而非因果关系。 然而，不管对δ13C的年际变化机理作何解释，大气C02经光合 作用转化为木材碳时的碳同位素分馏效应是肯定的。
第二节:动物体内同位素组成、种群特征与全球变化
植物的三种光合作用途径 ❖ Calvin(或C3)方式：
生长在树荫浓密的森林或温带气候环境中的所有树 种的和 δ1大3C多值数为灌-2丛0‰ 杂草一以-3此5‰类(方平式均进-2行6.光5‰ 合作) 。用，C3植物 ❖ Hatch—Slack(或C4)途径：
❖ 食树叶的动物（即以食用C3途径进行光合作用植物的动 物，如南非的非洲大羚羊）骨胶质中的δ13C值为21.5‰，其原因是此类动物仅食用树木或灌丛的树叶；
❖ 仅食用以C4途径进行光合作用的草类的食草动物，其骨 胶质中的δ13C值为-8‰—-10‰；
植物纤维素中的13C／12C可以反映其生长期间的气候因 素及大气CO2浓度变化的信息。年轮宽度与同位素比例之间 为反对射关系（anticorrelation)。
渭河古河道发现的木桩全木分析获得的δ13CH与纤维素分 析结果δ13Cc之间有明显的相关性，它们之间的相关系数r＝ 0.61。δ13Cc与年轮宽度指标的相关系数r＝-0.37，表示相 关性很小。