第8講地球化學(xué)課件

1、第三節(jié)第三節(jié):黃土研究與全球變化黃土研究與全球變化中中國(guó)國(guó)黃黃土土分分布布區(qū)區(qū)域域 第三節(jié)第三節(jié):黃土研究與全球變化黃土研究與全球變化一、黃土堆積中古環(huán)境信息提取和主要替代性氣候指標(biāo)一、黃土堆積中古環(huán)境信息提取和主要替代性氣候指標(biāo)完整的黃土剖面下伏第三紀(jì)紅色粘土堆積(以前命名為三趾馬紅土，現(xiàn)在以紅粘土稱之)。在沉積完整的地區(qū)，黃土與紅粘土為整合接觸，連續(xù)過(guò)渡。 洛川剖面為中國(guó)黃土的標(biāo)準(zhǔn)剖面之一，該剖面黃土厚約135m，出露的紅粘土厚約15m。在洛川黃土剖面中，有兩類顏色、結(jié)構(gòu)區(qū)別很大的地層單元，一為黃土層，另一為古土壤層。黃土層一般為灰黃色，質(zhì)地較均一，無(wú)明顯結(jié)構(gòu)；古土壤層則為紅色，有明顯土壤

2、結(jié)構(gòu)和土壤發(fā)生層次。第三節(jié)第三節(jié):黃土研究與全球變化黃土研究與全球變化1.古土壤； 2.黃土； 3.紅粘土；4.洪積物。極性柱中，黑色代表正向極性，白色代表反向極性 第三節(jié)第三節(jié):黃土研究與全球變化黃土研究與全球變化黃土、古土壤在地層中的交替出現(xiàn)是氣候冷暖旋回的反映。利用黃土-古土壤系列重建第四紀(jì)古氣候的前提是黃土地層必須連續(xù) 。土壤地層單位的上界為古土壤的物理上界，下界為黃土母質(zhì)的物理下界。每一個(gè)土壤地層單位代表了一個(gè)完整的冷暖期旋回。不少地區(qū)在間冰期時(shí)以土壤發(fā)育為主，而冰期時(shí)則以沉積、侵蝕和坡地堆積的發(fā)育為主。在很多非水下沉積物中，古土壤是間冰期環(huán)境的唯一記錄。冷期時(shí)黃土高原以接受黃土堆積

3、為主，黃土的風(fēng)化微弱 ；暖期時(shí)黃土高原以接受地表風(fēng)化為主，或以冷期時(shí)堆積的黃土為母質(zhì)，形成一定類型的古土壤。第三節(jié)第三節(jié):黃土研究與全球變化黃土研究與全球變化二、黃土的碳氧同位素與二、黃土的碳氧同位素與10Be研究研究1.黃土的碳、氧同位素陸相沉積物中碳氧同位素的分餾過(guò)程與海洋截然不同。如陸地和海洋沉積物的氧同位素溫度效應(yīng)極為不同，南級(jí)和格陵蘭冰巖心的180值隨溫度的降低而減少，而深海沉積物碳酸鹽的180值卻隨溫度的增加而減少。研究表面：溫度每升高1，大氣降水的180值大約增加0.5。因此，陸地系統(tǒng)對(duì)氣候變化的響應(yīng)可能比海洋系統(tǒng)更為敏感。碳酸鹽是人類探索如何利用陸地沉積物同位素的變化提取古氣候

4、信息的理想材料。第三節(jié)第三節(jié):黃土研究與全球變化黃土研究與全球變化成土過(guò)程中土壤碳酸鹽的溶解、遷移和再沉淀成土過(guò)程中土壤碳酸鹽的溶解、遷移和再沉淀 CaCO3十C02十H20Ca2+十2HC03- 第三節(jié)第三節(jié):黃土研究與全球變化黃土研究與全球變化不同剖面全巖樣品碳酸鹽的碳同位素記錄具基本相似的變化趨勢(shì)，自東向西同一層位全巖樣品碳酸鹽的13C值越來(lái)越偏正，表明全巖樣品的碳酸鹽可能記錄了很多環(huán)境變化的信息 。渭南、渭南、吉縣和吉縣和會(huì)寧黃會(huì)寧黃土剖面土剖面全巖樣全巖樣品中碳品中碳酸鹽酸鹽13C值變化值變化曲線曲線 第三節(jié)第三節(jié):黃土研究與全球變化黃土研究與全球變化不同類型古土壤底部的鈣結(jié)核具有明

5、顯不同的碳氧同位素組分，古土壤形成時(shí)環(huán)境溫度越高，濕度越大，其18O值越偏正，13C值越偏負(fù)。Cerling對(duì)世界各地現(xiàn)代土壤次生碳酸鹽的碳氧同位素研究發(fā)現(xiàn)：氧同位素組分與大氣降水的氧同位素組分有關(guān)，碳同位素組分與土壤C02的13C值成正相關(guān)性。第三節(jié)第三節(jié):黃土研究與全球變化黃土研究與全球變化2. 黃土的黃土的10Be10Be是由宇宙射線高能粒子與大氣主要成分氮、氧原子核進(jìn)行散裂反應(yīng)產(chǎn)生的，半衰期1.5106a。大氣圈中產(chǎn)生的10Be被氣溶膠吸附，通過(guò)降水、降塵沉降至地表，可稱為大氣成因10Be。降水中的10Be濃度分布與氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)及粉塵傳輸過(guò)程有關(guān)。黃土是干旱半干旱氣候條件下形成的風(fēng)成沉積物

6、，10Be自始自終參與了粉塵形成與堆積的全過(guò)程。因此， 10Be成為研究黃土形成作用的理想同位素示蹤劑第三節(jié)第三節(jié):黃土研究與全球變化黃土研究與全球變化洛川黃土剖面洛川黃土剖面10Be及磁化率隨深度變化曲線及磁化率隨深度變化曲線1一10Be濃度曲線，2一磁化率曲線。 圖中km表示質(zhì)量磁化率。第三節(jié)第三節(jié):黃土研究與全球變化黃土研究與全球變化“就地成因就地成因1010Be”Be”：宇宙射線與礦物自身氧進(jìn)行散裂反應(yīng)產(chǎn)生的10Be被稱之。石英具有致密牢固結(jié)構(gòu)，水和各種離子都難以滲透進(jìn)去，因而其“就地成因10Be”不易受“大氣成因10Be”的污染。另一方面，石英是黃土的重要組成部分，因此，通過(guò)研究黃土

7、石英中“就地成因10Be”含量特征，可以得到黃土有關(guān)源區(qū)風(fēng)化、侵蝕、暴露和埋藏等信息。第三節(jié)第三節(jié):黃土研究與全球變化黃土研究與全球變化石英“就地成因10Be”應(yīng)由巖石風(fēng)化前產(chǎn)生的10Be、搬運(yùn)過(guò)程產(chǎn)生的10Be及堆積埋藏期間產(chǎn)生的10Be三部分構(gòu)成。但由于沉積物的搬運(yùn)時(shí)間遠(yuǎn)小于暴露時(shí)間和埋藏時(shí)間。因此可以近似認(rèn)為石英“就地成因10Be”僅由巖石風(fēng)化前10Be及堆積埋藏10Be兩部分組成，即： Cr(x)C0e-(x)十c(x)第三節(jié)第三節(jié):黃土研究與全球變化黃土研究與全球變化不同堆積速率對(duì)應(yīng)的石英不同堆積速率對(duì)應(yīng)的石英“就地成因就地成因10Be”濃度與深度的關(guān)濃度與深度的關(guān)系系 第三節(jié)第三節(jié)

8、:黃土研究與全球變化黃土研究與全球變化侵蝕速率/cm a-1 2.310-4 4.610-4 7.010-4 9.310-4 11.610-4 10Be濃度原子 g1 1.37106 7.18105 40.80105 3.67105 2.95105 4.71106 2.47105 1.65106 1.26106 1.02106 2.10106 1.10106 7.37105 5.63105 4.53105 3.23106 1.70106 1.13106 8.66105 6.96105 黃土源區(qū)侵蝕速率與石英就地成因黃土源區(qū)侵蝕速率與石英就地成因10Be濃度關(guān)系濃度關(guān)系 第三節(jié)第三節(jié):黃土研究與

9、全球變化黃土研究與全球變化 堆積速率 樣品及深度m 0.01 0.005 GL47，9m (L1) GL83，17.15m(L2) GL47，9m (L1) GL83，17.15m (L2) 10Be濃度原子 g1 4.40104 4. 2104 8.49l04 7.91104 1.51105 1.46l05 2.93105 2.73105 6.76104 6.52104 1.31105 1.22105 1.04105 1.00105 2.01105 1.87105 黃土沉降區(qū)堆積速率與石英黃土沉降區(qū)堆積速率與石英“就地成因就地成因10Be”濃度關(guān)系濃度關(guān)系 第三節(jié)第三節(jié):黃土研究與全球變化黃

10、土研究與全球變化黃土和古土壤中有機(jī)碳含量與土壤發(fā)育程度、磁化率一致，即土壤發(fā)育程度越高，磁化率值也越高，有機(jī)碳含量也越高。因此，有機(jī)碳含量的高低是土壤發(fā)育程度的一個(gè)度量。有機(jī)碳含量的多寡反映了土壤中有機(jī)質(zhì)含量的高低，是特定的生物氣候條件下的產(chǎn)物，其含量和性質(zhì)都與環(huán)境狀況有關(guān)。有機(jī)質(zhì)含量的多寡反映了植被生物量的大小和氣候的相對(duì)溫濕。有機(jī)碳13C穩(wěn)定同位素組成可作為氣候變化的代用指標(biāo)。第三節(jié)第三節(jié):黃土研究與全球變化黃土研究與全球變化段家坡剖面磁化率、有機(jī)質(zhì)含量和有機(jī)質(zhì)段家坡剖面磁化率、有機(jī)質(zhì)含量和有機(jī)質(zhì)13C分布曲線分布曲線1一馬蘭黃土；2一離石黃土，3一弱發(fā)育古土鑲，4一古土壤 冰雪中的18O

11、變化可用來(lái)計(jì)算年累積率，其中的塵埃微粒濃度與18O有明顯的相關(guān)關(guān)系。通過(guò)冰巖心的系統(tǒng)研究，能完整地反映以氣溫為主的氣候變化。冰形成過(guò)程中，空氣成小氣泡被包裹在冰里，這種氣泡里的空氣可大致代表形成冰當(dāng)時(shí)的空氣樣品。分析這種空氣的組分可提供粒雪最后壓緊成致密的冰時(shí)的大氣組分。每一年所形成的冰層，可借助于粉塵含量的季節(jié)性變化、酸度的不同或者同位素含量來(lái)區(qū)分。 從長(zhǎng)的冰心獲得的主要記錄是水分子的氧同位素組成 。在某一點(diǎn)水汽凝結(jié)的時(shí)候，溫度每變化1oC，可產(chǎn)生同位素比值 0.60. 8的偏差，利用采自冰心的冰樣品同位素比值分析，可以得出下雪地點(diǎn)下雪時(shí)的溫度 。祁祁連連山山敦敦格格冰冰帽帽D5孔孔氧氧同同

12、位位素素曲曲線線 祁祁連連山山敦敦德德冰冰帽帽D6孔孔氧氧同同位位素素曲曲線線 溫度的波動(dòng)頻溫度的波動(dòng)頻率遠(yuǎn)大于降水率遠(yuǎn)大于降水的波動(dòng)頻率，的波動(dòng)頻率，即在百年級(jí)的即在百年級(jí)的氣候變化中，氣候變化中，溫度可以有冷溫度可以有冷或暖的多次交或暖的多次交替，相比之下，替，相比之下，降水持續(xù)干或降水持續(xù)干或濕的時(shí)間要相濕的時(shí)間要相對(duì)長(zhǎng)一些，但對(duì)長(zhǎng)一些，但每一個(gè)干濕循每一個(gè)干濕循環(huán)中的變化幅環(huán)中的變化幅度卻又降水大度卻又降水大于溫度。于溫度。冰川累積量與氧同位素的數(shù)值變化曲線上還可以劃分出7個(gè)冷期、8 個(gè)暖期;并對(duì)應(yīng)5個(gè)干期、6個(gè)濕期。對(duì)冰巖心氣泡中的空氣成分進(jìn)行分析還可以得到空氣中CO2含量的變化。

13、LGM大氣CO2水平為（190200）10-6，而全新世平均水平為（270280）10-6；晚冰期格陵蘭Dye3冰巖心CO2含量曾在1.3萬(wàn)a BP明顯增加，約為30010-6，并與18O指示的第一次升溫過(guò)程一致。 新新仙仙女女本本期期存存在在的的過(guò)過(guò)去去 2萬(wàn)萬(wàn)年年的的氧氧同同位位素素記記錄錄 南極東方冰心記錄a.微粒的體積濃度；b.非海相硫酸鹽的含c.CO2含量；d.18O；e.估計(jì)的降水率；f.推測(cè)的古溫度。包藏在南極西部冰中氣體測(cè)得的平均二氧化碳濃度與氣體估計(jì)的年齡關(guān)系圖包藏在南極西部冰中氣體測(cè)得的平均二氧化碳濃度與氣體估計(jì)的年齡關(guān)系圖 思 考 題1簡(jiǎn)述樹(shù)輪研究在探討氣候變化中的方法和研究中需要注意的問(wèn)題;2試比較樹(shù)輪研究中碳氧同位素在反映氣候變化中的優(yōu)劣和它們的基本原理？3試舉一例談?wù)勌纪凰匮芯吭跉夂蜃兓械木唧w應(yīng)用；4