元素碳碳同位素在古环境研究中的应用.pdf

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1、8l霄地质论评GEOLOGICALREVIEWVMo1a．v582N0o．132元素碳碳同位素在古环境研究中的应用刘恋¨，周鑫，葛俊逸1)中国地质科学院矿产资源研究所，北京，100037；2)中国科学技术大学地球和空间科学学院、极地环境研究室，合肥，230026；3)中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境重点实验室，北京，100029内容提要：元素碳几乎完全来源于植被的燃烧，长期广泛地分布于大气、土壤、沉积物、岩石、水体和冰体等自然界载体中，记录了大量的古环境信息。利用元素碳碳同位素(6”C)指标来反映古气

2、候、古植被信息是将元素碳应用到古环境研究的一个重要方面，本文通过总结国内外学者利用”C指标进行古环境研究的现状，总结出对于“直接利用6”C指标进行古环境恢复”这一关键问题还存在不同认识。燃烧前后物质的碳同位素是否发生变化是利用6“C进行古环境研究时需要考虑的一个重要问题，国内外学者近20年来对C、C植物开展了大量燃烧实验，主要结论是c植物燃烧前后物质的碳同位素变化(A6”C)较小，在±1％o以内，而c植物变化范围较大，在0％0一一9％v之间；此外，文中还讨论了元素碳外源输入等可能影响6”C指标的因素。建议在利用C指

3、标进行古环境重建之前，有必要对6”CEC进行详细的基础研究工作，进一步研究表土6”C与地表植被相关性以及元素碳外源输入等问题。关键词：元素碳；碳同位素；古环境元素碳(ElementCarbon)是燃烧产生的一系列Tumeyeta1．，2001；JiaGuodongeta1．，2003；Hallet含碳物质，包括碳屑(Charcoa1)、丝炭(Fusain)、烟炱a1．，2008；周斌等，2009)。目前相关研究虽已取得(Soot)、微晶石墨(Micrographite)和黑碳(Black了大量进展，但对于“C能否直

4、接用于古植被的Carbon)等，其化学性质稳定，长期广泛分布于大气、恢复”这一关键问题还存在不同认识。本文通过分土壤、沉积物、岩石、水体和冰体中(Goldberg，1985；析国内外学者利用各种载体中”C指标进行古环Kuhlbusch，1995；SchmidtandNoack，2000；Czimezik境研究的实例，讨论植被燃烧过程和影响6”C的eta1．，2002；Masiello，2004)。它记录了地球的火灾其他可能因素，探讨目前利用6”C进行环境研究历史(ZhouBineta1．，2007；Walsheta

5、1．，2008)，是存在的问题，并提出为解决这些问题下一步可以深土壤和海洋埋藏碳的重要组成部分(Schmidteta1．，入开展的研究工作。1999)，是有机污染物的重要载体(Gustafssonandl利用玎CEc研究古环境现状Gschwend，1997)，能够影响地球的辐射热平衡(CrutzenandAndreae，1990)，还可能是全球重要碳1．1研究实例汇源(Kuhlbusch，1998；唐杨等，2010)。最近20年来国内外积累了许多利用6¨C进行地质历史时期的元素碳几乎完全来源于植被燃古植被、古气候研

6、究的实例，目前的研究多数将烧，是古环境信息的良好载体。利用元素碳碳同位6C指标同较为成熟的元素碳含量(EC％)、有机素(6l3C)指标来反映古气候、古植被变化是将元碳碳同位素(艿”C)、孢粉等指标相结合。相关的素碳应用于古环境研究的重要方面，研究载体主要研究对象有深海沉积物、湖泊沉积物、土壤、黄土等。有深海沉积物、湖泊沉积物、土壤、黄土等(Pessenda深海和湖泊沉积物的元素碳来源广泛，可以指eta1．。1996：BirdandCali，1998；Clarketa1．，2001；示区域陆相植被的同位素变化情况。B

7、ird和Cali注：本文为国家自然科学基金资助项目(编号41102106、41102223)的成果。收稿日期：2011—10-06；改回日期：2012-03—14；责任编辑：章雨旭。作者简介：刘恋，女，1983年生。博士，助理研究员，主要从事第四纪地质与环境研究。Email第3期刘恋等：元素碳碳同位素在古环境研究中的应用527(1998)在研究塞拉利昂海隆深海沉积物中的元素回尺度上6”C、6¨C。所揭示的植被变化仅在末次碳时发现8”C与元素碳含量(EC％)呈正相关，认冰期以来相似，且”c的波动较剧烈。为8”C与EC

8、％类似，均可指示火灾发生与气候、植1．2存在的问题被面貌的关系。c偏负反映气候湿润、火灾频上述研究涵盖了元素碳的各种载体，将8C率较低、植被面貌以C，植物为主的森林；c偏正与其他较为成熟的指标进行对比性研究。但目前对反映气候干旱、火灾频率增高、植被面貌以C植物于8C能否直接用于古植被的恢复这一关键问题为主的稀树草原。Clark等(2001)在研究北美大平仍存