（地球化学专业论文）南海珊瑚的高精度和高分辨率古环境信息研究.pdf

中国科学技术大学博士学位论文 南海珊瑚的高精度和高分辨率古 环境信息研究 s s t = - 5 . 3 6 8 8 o , d b 一 3 . 5 ( r 二 0 . 7 3， n = 4 7 0 ) d 8 o / d t =- 0 . 1 8 7 ( % o / 0c ) 实测8 8 0与实测s s t 之间有高的 相关性。 氧同 位素 变化率与大堡礁6 年长的珊瑚氧同 位素变化率为一 0 . 1 8 6 % o / c 和n e w c a l e d o n i a 的2 2 年民 的珊瑚氧同位素变化率为一 0 . 1 8 8% 。 / 一致的。说明本文的温度计是可信的。 根据珊瑚骨骼的5 1 9 0值温度计， 重建了所在海区1 9 4 3 - 1 9 9 8 年分辨率达月的s s t记录 该记录在不同尺度上，都可以反映s s t的变化规律。特别是8 1 9 0值温度计重建的夏季 s s t 记 录 ， 非 常 明 显 地 反 映 。 n s 。 的 冷 事 件 和 暖 。 件 。 卜 ( 3 ) 利用一台q 5 - 1 0 0 y a g la s e r 紫外激光器， 输出 波长为2 6 6 n m激光， 诱发 珊瑚骨骼中 所含的陆源富啡酸产生荧光。通过控制激发能量和接收的荧光波长，在白 制的装置 卜 ，获 得海南岛的万泉河口( l 9 o 2 0 n ，日 0 0 3 9 e ) 附近生民珊瑚的荧光强度。实验岩芯 长度为 2 0 0 m m，时间为 1 9 8 2 - 1 9 9 7年，分辨率达月。发现珊瑚的年荧光强度与 密切关系，建立的珊瑚荧光示踪降水的雨量计为: 近的年降水量有 、=- 4 . 5 3 5 x+8 8 9 . r = 0 . 7 8 其中， y 为年降水最，x 为年荧光 强度，y 为相关系数。 拟合的荧光示踪降水的雨量计有显著的相关性。根据雨量计，可以建立的 1 9 8 2 - 1 9 9 7 年分辨率为年的降雨最记录，在记录上可以反映e l n i n o 事件对我国南方降雨的制约 ( 4 )探讨珊瑚的年代学方法，重点研究了热电离质谱 ( t h e r m a l i o n i z a t i o n s p e c t r o m e t ry 的定年精度在 测的样品中， t i ms ) u系定年法。得了南海8 个珊瑚礁的t i ms - u系年龄，大于 1 0 0年 1 - 2 %之间。样品年ii正在生长的活珊瑚，到 6 5 0 0年前的化石珊瑚。在所 一个海南岛小东海的样品，我们的t i ms - u系定年为 1 2 3 9 士2 8 a b p ，与美国 m ic h ig a n大 学罗 晓忠博士 得到的 1 1 9 4 土1 5 a b p ， 基本一 致:一个 1 9 9 8 年正 在 生长 的 活珊 瑚样品，我们的t i ms - u系年龄为0 1 2 0 a b p :一个 1 9 8 1 年生成的样品，我们的t i ms - u 系年龄为 1 8 12 a b p 。从对比分析看，我们的 t i ms - u系己能满足高精度高分辨率珊瑚的 环 境 研 “ x 豁 关 键 词 : 南 澎珊 每示 踪定 年古 环 了 中国科学技术大学博士学位论文南海珊瑚的高精度和高分辨率古环境信息研究 ab s t r a c t s o u t h c h i n a s e a i s a p a rt o f t r o p i c a l s e a a n d a n i m p o rt a n t e x t e n s i o n o f ” t h e w e s t e r n e q u a t o r i a l p a c i f i c w a r m p o o l i n c h i n a . a l o t o f r e s e a r c h e s r e c e n t l y e x p r e s s t h a t t r o p i c a l s e a , e s p e c i a l ” t h e w e s t e r n e q u a t o r i a l p a c i f i c w a r m p o o l , e f f e c t s o n t h e g l o b a l c h a n g e , in c l u d i n g e n s o a n d a s i a mo n s o o n . t h e r e e f - b u i l d i n g c o r a l s d i s t r i b u t i n g w id e l y i n s o u t h c h i n a s e a p r o v id e a l o t o f m a t e r i a l s t o s t u d y t h e e n v i r o n m e n t o f t r o p i c a l s e a . e i t h e r c o r a l s k e l e t a l g r o w t h r a t e a n d c a lc i f i c a t i o n r a t e , o r e l e m e n t s a n d i s o t o p e s e t c i n c o r a l s k e l e t o n , c a n t r a c e e n v i r o n m e n t a l f a c t o r s i n t r o p i c a l s e a . i f w e u n d e r s t a n d t h e s e s e c r e t c o d e s i n c o r a l s k e l e t o n , w e c a n p r e c i s e ly r e c o n s t r u c t t h e p a s t e n v i r o n m e n t . t h e r e c o r d s r e b u i l t t h e p a le o - e n v i r o n m e n t a r e r e q u i r e d i n h i g h p r e c i s i o n a n d h i g h d i s s o l u t i o n f o r s t u d y i n g t h e g l o b a l c h a n g e , e s t i m a t i n g p r e s e n t h u m a n l i v i n g e n v i r o n m e n t a n d f o r e c a s t i n g v a r i a n t t e n d e n c y o f e n v ir o n m e n t . t h e k e y o f t h e t h e s is i s s t u d y i n g h o w t o u s e t h e p r o x i e s ( e . g . g r o w t h r a t e a n d c a l c i f ic a t io n r a t e 8 8 0 , f l u o r e s c e n t i n t e n s i t y , e t e .) s t o r e d i n c o r a l f o r r e c o n s t r u c t i n g t h e p a l e o - e n v i r o n m e n t a l r e c o r d s i n s o u t h c h i n a s e a , a n d h o w t o i m p r o v e t h e t i m s - u s e r ie s d a t i n g m e t h o d f o r c o r a l d e t e r mi n a t i o n . ( ) i m a g e d e n s i t y v a l u e s o f x - r a y p h o t o g r a p h o f c o r a l s k e l e t o n w e r e m e a s u r e d b y t h e m i c r o d e s it o m e t e r a l o n g w i t h t h e m a i n g r o w i n g a x i s o f a c o r e - s li c e o f p o r i r e s ( s y - 7 c o r e ) f r o m x i s a , s o u t h c h i n a s e a ( 1 6 0 5 1 n , 1 1 2 0 2 1 e ) . f o r t h e p e r i o d o f 1 9 3 7 - 1 9 9 3 , a n n u a 于 g r o w t h r a t e a n d a n n u a l c a l c i f i c a t io n r a t e p r o x y w e r e d e r i v e d f r o m i m a g e d e n s i t y v a l u e s i n r e p l a c e o f s k e l e t a l d e n s i t y v a l u e s . w e o b t a i n e d t w o t h e rmo m e t e r s w i t h c o r r e l a t i v e c o e f f i c i e n t s o f 0 . 9 1 b e t w e e n a n n u a l g r o w t h r a t e a n d s s t a n d 0 . 8 8 b e t w e e n c a l c i f i c a t i o n r a t e p r o x y a n d s s t . g r o w t h r a t e t h e r m o me t e r i s a s f o l l o w s : s s t ( c ) = 0 . 刀7 5 x l + z 6 ( t = 0 . 9 1 ) c a l c i f i c a t i o n r a t e p r o x y t h e r m o m e t e r i s : s s t ( c ) = 0 .0 2 0 4 x g + z 6 ( t = 0 . 8 习 h e r e , s s t m e a n s s e a s u r f a c e t e m p e r a t u r e , l i s a n n u a l g r o w t h r a t e ; g i s a n n u a l c a l c i f i c a t i o n r a t e p r o x y . t h e s e t w o t h e r mo me t e r s c a n b e u s e d t o r e c o n s t r u c t 1 9 3 7 - 1 9 9 3 a n nu a l s s t r e c o r d s wi t h t h e vi t 中国科学技术大学博士学位论文 南海珊瑚的高精度和高 分辨率古环境信息研究 月口 、 e r r o r o f 1 0 , 1 2 0 c b e t w e e n me a s u r e d s s t a n d c a l c u l a t e d s s t . t h e c o r r e l a t i v e c o e ff i c i e n t b e t w e e n m e a s u r e d s s t a n d c a l c u l a t e d s s t b y u s i n g g r o w t h r a t e t h e r m o m e t e r i s 0 . 8 7 . a n o t h e r b e t w e e n m e a s u r e d s s t a n d c a l c u l a t e d s s t b y u s i n g c a l c i f i c a t i o n r a t e t h e r m o m e t e r i s 0 . 8 . t h e t w o r e c o r d s c a n c l e a r l y r e fl e c t t h e e n s o p h e n o m e n o n t o o . ( 2 ) 5 ， 8 0 v a l u e s i n c o r a l s k e l e t o n w e r e u s e d b y n o r m a l p h o s p h o r i c a c i d m e t h o d a n d m e a s u r e d b y m a t - 2 5 2 g a s m a s s s p e c t r o m e t r y . t h e s a m p l e s w e r e w e i g h t e d i n a b o u t 5 m g , c o r r e s p o n d i n g t o h a l f a m o n t h g r o w t h i n c r e m e n t . w e c h o s e o n ly o n e s a m p l e p e r i m m c o r a l g r o w t h i n c r e m e n t t o t e s t . s a m p l e s w e r e r e a c t e d w i t h a n h y d r o u s p h o s p h o r i c a c i d a t 2 5 0c . w e g o t a b o u t 5 5 0 5 8 0 d a t a f r o m 6 1 1 m m l e n g t h o f c o r a l c o r e ( f r o m 1 9 4 3 y e a r t o 1 9 9 8 y e a r ) w e g e t 5 8 0 t h e r m o m e t e r a t 2 5 0c r e a c t t e m p e r a t u r e i n 1 9 6 0 - 1 9 8 1 . s 6 t ( , c ) = - 5 _ 3 6 8 o , , n 一 3 , 5 0 - 二 0 . 7 3 ) d po / d t 二一 0 . 1 8 7 ( % . / r) h e r e o x y g e n i s o t o p i c v a l u e s a r e q u o t e d r e l a t i v e ly t o t h e c h i c a g o p e e d e e b e l e m n i t e ( p d b ) s t a n d a r d . a p p li c a t i o n o f t h e 5 8 0 t h e r m o m e t e r , w e r e c o n s t r u c t 1 9 4 3 - 1 9 9 8 m o n t h ly s s t r e c o r d in h a i n a n i s l a n d wa t e r s ( 1 9 0 2 0 n , i 1 0 0 3 9 e ) . t h e r e c o r d c a n r e fl e c t t h e s s t v a r i a t i o n a t d i ff e r e n t s c a l e . e s p e c i a l l y s s t c a l c u l a t e d b y c o r a l o x y g e n i s o t o p i c v a l u e s i n s u m m e r w e r e r e l a t i v e t o w a r m p h e n o m e n o n o r c o l d p h e n o m e n o n i n e n s o . ( 3 ) t h e fl u o r e s c e n t i n t e n s it y i n d u c e d b y u s i n g l a s e r w i t h w a v e l e n g t h o f 2 6 6 n m w a s m e a s u r e d , a t l m m s t e p b y s t e p . b y c o n t r o l l i n g e n e r g y a n d e x p o rt i n g w a v e l e n g t h , a q 5 - 1 0 0 y a g la s e r u v d e v i c e c a n e x p o rt s u i t a b l e u v l a s e r . we g o t 1 9 8 2 - 1 9 9 7 y e a r l y d a t a o f c o r a l fl u o r e s c e n t i n t e n s it y , c o r r e s p o n d i n g t o l o c a l y e a r ly r a i n f a l l . b y s t a t i s t ic a n a ly z i n g , w e g e t t h e l i n e a r f o r m u l a b e t w e e n c o r a l fl u o r e s c e n t i n t e n s i ty a n d r a i n f a l l . y= - 4 . 5 3 5 x + 8 8 9 ( .v = 0 . 7 8 ) h e r e y m e a n s a n n u a l r a i n f a l l , x i s a n n u a l fl u o r e s c e n t i n t e n s it y . c o r r e l a t i v e c o e f f i c i e n t o f t h e f o r m u l a i s h i g h . a c c o r d i n g t o t h e f o r m u l a , w e r e c o n s t r u c t 1 9 8 2 - 1 9 9 8 y e a r l y r a i n f a l l r e c o r d s i n q i o n g h a i a r e a ( 1 9 0 2 0 n , 1 1 0 0 3 9 e ) , i n w h i c h e n s o p h e n o m e n o n c a n b e r e fl e c t e d . ( 4 ) d a t in g 238u 一 2 0 u ? 0 t h s y s t e m in c o r a l b y t h e r m a l i o n iz a t i o n m a s s s p e c tr o m e try ( t i m s ) is o u r m a j o r s t u d y i n o u r l a b o r a t o r y . e i g h t s a m p l e s f r o m s o u t h c h i n a s e a w e r e p r e c i s e l y d a t e d b y t i ms - u s e r i e s m e t h o d . t h e a g e s w e r e r a n g e d i n 0 t o 6 5 0 0 a b p . t h e a c c u r a c y ( 2 a ) o f t i ms u v i l l 中国科学技术大学博士学位论文 南海珊瑚的高精度和高分辨率古环境信息研究 s e r i e s d a t i n g w e r e 1 一 2% f o r t h e s a m p l e o l d e r t h a n 1 0 0 a . f o r t h e s a m p l e x d h - 1 f r o m x i a o d o n g h a i i n h a i n a n i s l a n d , w e g e t i t s a g e 1 2 3 9 士 2 8 a , c o r r e s p o n d i n g t o 1 1 9 4 士 1 5 a i n m i c h i g a n l a b o r a t o ry , u s a . f o r t h e t w o l i v i n g - c o r a l s a m p l e s , o n e w a s l iv e d i n 1 9 9 8 a n d t h e o t h e r i n 1 9 8 1 . w e g o t t h e i r a g e s o f 0 士 2 0 a a n d 1 8 士 2 a r e s p e c t i v e l y . t h e s e r e s u l t s m e a n t h a t t h e p r e c i s e a n d a c c u r a c y o f o u r t i m s u s e r i e s d a t i n g m e t h o d c a n f u l f i l t h e r e q u i r e m e n t f o r c o r a l p a l e o - e n v i r o n m e n t s t u d y . k e y w o r d s : s o u t h c h i n a s e a c o r a lt r a c e d a t i n g p a l e o - e n v i r o n m e n t 1 x 中国科学技术大学博士学位论文 南海珊瑚的高精度和高分辨率古环境信息研究 前言 “ 过去全球变化” ( p a g e s ) 是国际 地圈与生物圈计划( i g b p ) 的核心之一。它确定从距 今 2千年和 i 万5 千年两个时间序列开展 i _ 作。2 0 0 0 a b p时间序列是以热带为主的，重点 在 l o o o a b p以 来。 同 时期， 全球气候研究计划 ( w c r p ) 的 核心计 划 “ 气候变率及 可预 测性” ( c l i v a r ) ，也提出了 与 之类似的研究重点。 这两个计划都要求在全球范围内全面启动占 环 境和占 气候的重建 i . 作。研究过去环境变化的最终目的在于预测未来环境的演变趋势。通 常要预测未来2 0 - 1 0 0 a 的气候环境，至少要建立2 0 0 - 1 0 0 0 a 的资料序列，还必须以更长 时期 的气候环境变化作为背景， 这样的预测才会建立在可雀的基础之上的。囚此， 重建 i o o o a b p 以来的热带海洋占 环境具有重要的科学价值和现实意义。重建 1 o o o a b p以来的热带海洋占 环境的理想研究材料是造礁珊瑚。 一珊瑚环境研究概况 从 8 0年代后期到 9 0年代，为完成 1 :. 述两项计划在ma瑚4 1 为高精度和高分辨率示 踪环境的研究，己 取得了 重人 进展。 系 列新 的示 踪代玛 封 旨 标 ( p r o x 妇 和新的测试技术i 方法也相应地发展起来。 根据块状造礁珊瑚骨骼具有类似树术 “ 年轮”的结构，用珊瑚骨骼的年生长率和钙化 率来示踪海洋表层水温 ( s e a s u r f a c e t e m p e r a l u r e , s s t ) 的变化序列( c h a l k e r 聂宝符等，1 9 9 7 ) 。 其他因 子如海水浑浊程度、营养物、 生殖循环、沉积和风压等可作为修正因子 ( b a r n e s 1 9 9 0) 聂宝符等，1 9 9 7 )， 骨 骼密度直接在珊瑚切片上用 y 密度仪测得 ( c h a l k e r l o u g h e t a 1 . , 1 9 9 7 ) 0 利用珊瑚的生长率、 密度和钙化率还可研究厄尔尼诺、降水量、日 照光强和水深等参 数o l o u g h 凡是 在2 5时， 与培养溶液水平衡的c 0 2 气体的 5 1 8 。值。 6 c 和s w均是 相对于p d b 标准。 从此，生物成因碳酸盐的 6 1 8 0温度计 ( 包括珊瑚的6 1 8 0温度计)的 研究广泛地开展 中国科学技术大学14 士学位论文 南海珊瑚的高精度和高分辨率古环境信息 研究 户飞 起来。 建立8 1 8 o温度计方法有两种:一种是实验室控制水温和水中氧同位素组成， 人1 一 养殖 珊瑚， 然后测定珊瑚中的氧同位素组成， 去拟合已 知的水温， 获得目 8 0温度计 ( we i l e t a l ., 1 9 8 1 ) :另一种是采集天然珊瑚，实测采样点周围的海水的(il l 度和氧同位素组成， 然后测定 珊 瑚中 的 氧同 位 素 组 成， 去 拟 合己 知的 水 温， 获 得 产。 温 度计( m c c o n n a u g h e y e t a l ., 1 9 8 9 ; m c c u l lo c h e t a l ., 1 9 9 4 ;c o l e e t a l ., 1 9 9 3 ) 。 尽管珊 瑚的 种类不同、 建立 温度计的 方法不一 样， 但 6 1 8 0 温 度计 可靠 性 较 好， 它己 成 为 研究 其 他 温 度计的 重 要参 照标 准 ( b e c k e t a l ., 1 9 9 2 ; mi t s u g u c h i e t a l ., 1 9 9 6 ; mi n e t a l ., 1 9 9 5 ) 0 c a r r iq u iry等( 1 9 8 8 ) 、 m c c o n n a u g h e y 等( 1 9 8 9 ) f u s h e n等( 1 9 9 2 ) 用 珊 瑚 6 18 0 温 度计研究了s s t 异常和e n s o之间的关系， 建立了东太平洋儿十年至儿个世纪的s s 丁记 录: c o l e等 ( 1 9 9 3 ) 用珊瑚的 别 8 0温度计研究了 中太平洋s s t 、台风带来的降水和e n s o 之 la7 的 关 系 : g a g a n 等 ( 1 9 9 4 j 11 t u d h o p e 等( 1 9 9 5 ) 用 珊 瑚的 6 1 8 0 温 度 计 研 究 西 太 平 洋s s t 异常与e n s o之间的关系。 这些用珊瑚别 8 0温度计所建立的东中西太平洋s s t记 录将对探 索e n s o的规律有很人帮助。 珊瑚骨骼中的 6 1 8 0还可反映海水的 6 18 0变 化。 人v . 降 水和汇入的河川 径 流可 使表层海 水的 6 18 0显著降 低， 导 致珊瑚骨骼中 6 18 0也随 之降 低。 因 此， 珊瑚骨骼中的 6 1 8 0可用来 记录沿岸降水量或入海径流量。为此，在表层海水中氧同位素组成保持相对稳定变化的地 区， 珊瑚骨骼中的 夕 与作为温度计合适， 井 具有很高 精 度. 人 约为0 . 5 0c ( m c c o n n a u g h e y e t a l ., 1 9 8 9 ; w e l lin g t o n e t a l ., 1 9 9 6 ) 反过来， 在s s t j l 乎 没有变 化的地区， 珊瑚 骨骼中 6 1 8 0 土要反映表 层海水 氧同 位素 组成变 化， 可用 珊瑚骨 骼中 6 18 0建立起与 治岸降水斌 或入 海径 流量相关的关系式 ( c o l e e t a l . , 1 9 9 3 )， 探讨大陆沿岸地区的洪涝和干旱的变化旋回。 3 . 2 s r / c : 比 值温度计 c a 和s r 是 海水中的 主要金属元素， 海水中 相对含 量分别为。 4 1 g / k g 和0 .0 0 7 9 g / k g ( wi l s o n , 1 9 7 5 ) ， 总量巨大。 s r / c a 比 值在开放大洋的海水中分布很均匀， 如太平 洋和加勒 比 海 土 要 珊 瑚 礁 区 海 水 的s r / c a 比 值 介 于8 .5 1 0 - 1 0 - - 8 .s 8 6 . 1 0 - 之间 ( d e v il l ie r s , 1 9 9 5 ) ; 而 且同一海区海水中的s r / c a 比值的季节变化也很小， 如台湾恒春半岛礁区的海水的s r / c a 比 值介于8 . 5 3 9 . 1 0 -3 - - 8 .5 7 2 . 1 0 3 之间 ( s h e n e t a l ., 1 9 9 6 ) 。 海水中s : 和c a 含量随 时间的 变化极 慢。 s : 和c a 在 海 水中 的 滞留 时 间 分别为5 . 1 x 1 0 6 年 和1 . 1 x 1 0 6 年 ( b r o e c k e r e t a l. , 1 9 8 8 ) 。 在珊瑚能反映s s t变化的1 0 万年的时间尺度内，海水的s r / c a 比值变化在0 . 4 5 %范围内 ( b e c k e t a l . , 1 9 9 2 ) ， 原则上可以 对1 0 万年的时间尺度进行珊瑚的s s t 重建。 珊瑚的s r / c a 比 值最接近为s s t的单一函数。 b e c k 等 ( 1 9 9 2 ) 首次用热电 离 质谱 ( t i m s ) 测定了 珊 瑚骨骼中s r / c a 比 值， 建立了 新喀 里多尼亚 地区的滨珊瑚( p o r i t e s l o b a t a ) 的高精度和高分辨率s r / c a 比值温度计: t ( 切= 1 7 1 . 6 - 1 6 0 1 3 x s r / c a (q ,o,) 卜 卜、 中 国 科 学 技 术 大 学 博 十 学 位 论 文鱼 奎 翅 些 自 h 鱼 丝 呸 堕塑1 9 生夔 鱼 壁s j 1 二 所用样品量很少， 仅5 一 1 o u g ; 分析误差少至士 。 .3 % o ( 2 o ) ， 相对应温度变化士 。 .0 5 c : 精 度是0 .3 4 c ; 时间 分辨率为月。 从此， 珊瑚的高 精度和高 分辨率s r / c a 比 值温度计得到 较快 发展 。 在古环境研究的应用上， 珊瑚的高精度和高分辨率s r / c a 比 值温度计用途很大。 b e c k等 ( 1 9 9 2 ) 用珊瑚中s r / c a t 匕 值研究末次间冰期( 1 2 k a b p ) 热带海洋温度; g u i d e r s o n等( 1 9 9 4 ) 用 珊瑚中s r / c a 比 值研究最近冰期峰值时的s s t ; m c c u l l o c h 等( 1 9 9 4 6 ) 用珊瑚中s r / c a e l 值研 究末次间冰期峰值时s s t 和1 9 8 2 - 1 9 8 3 年最强的e l n i n o 现象; m c c u l l o c h等( 1 9 9 6 ) 用珊瑚中 s r / c a 研究早全新世的s s t ; d e v i l l i e r s ( 1 9 9 4 ) 用i d - t i m s 技术分析了采自h a w a i i a n 和 g a l a p a g o s 群岛的 三叶 珊瑚， 发 现珊瑚中的s r / c a 比 值与s s t 有很好的相关性; s h e n ( 沈川洲 ) 等( 1 9 9 7 ) 用i d - t i m s 测定台 湾南部的珊瑚和海水中的s r 和c a 浓度， 误差分别只有士 0 .4 4 % o 和士 。 .5 5 % o ( 2 o ) ， 时间 分辨 达2 周 ， 建 立的 珊瑚s r / c a a度计 ， 已 应用于 八千年以来的当 地气 候 研究。 m c c u llo c h 等 ( 1 9 9 4 ) 还尝 试用 珊瑚的s r / c a 温 度计 结合 5 1 8 0温度计来监 测河流径流 量变化， 建立珊瑚的降水量计。 3 .3 m g / c a 比 值沮度计 m g 也是 海水中的 土要 金属元素， 含量为i .2 9 g / k g 、 海水中m g 的总量巨人， 在千 年尺 度内m g / c a 比 值变化也 不大。 海水中m g 含量 土要受 控于 盐 度 ( s c h if a n e , 1 9 8 2 ) ，止 常海洋 环 境f ， 盐 度变 化介于3 5 .3 % o - 3 8 .3 % o ( w i ls o n , 1 9 7 5 ) 。 海水中的m g 比s r 变化人， 海水中 的m g 变化不土要受 控于s s t . 所以， 珊瑚骨骼中的 m g / c a 比 值， 除了 受s s t 影响外， 还 受 到海水中的m g 变 化影响 m g / c a 温度计的 精度应比s r / c a 比 值温度计差。 m it s u g u c h i 等 ( 1 9 9 6 ) 首次利用i c p - a e s 方法成功地建 立了 太平洋西部 琉球群岛的 滨 珊瑚( p . l u t e a ) 的m g / c a 温度计: m g / c “ 一 1 2 .9 x 1 0 -s t ( c ) + 0 . 0 0 1 1 .5 分析误差2 a 对应的s s t为士 0 . 5 c ，分辨时间为3 周。 韦刚健等( 1 9 9 8 ) 利用等离子质谱仪 ( i c p -m s ) 对1 9 8 1 -1 9 8 3 年间中国南海北部近岸 海区的 滨珊瑚进 行测试， 建 立了 高精 度和高 分辨率的m g / c a 比 值温度计。 m g / c a = ( 1 0 .2 5 4 - 0 .4 0 ) x 1 0 -5 t ( 切+ ( 0 . 0 0 2 0 0 1 1 0 . 0 0 0 1 0 0 ) 精度达士 0 .5 的 温 度分 辨率， 并 用该m g / c a 比 值温度计 对1 9 8 1 一1 9 8 3 年间的e l n in o 进行研究。 珊瑚m g / c a 比 值 温度计的 优势在于 珊瑚骨骼中的m g / c a 比 值相对s s t 的 温度变化率 为 + 2 % / 0c ( m it s u g u c h i e t a l ., 1 9 9 6 ) 是珊瑚s r / c a 比 值 温度变化率一 。 .7 5 % / 0c ( b e c k e t a l ., 1 9 9 2 ) 的 3 倍。 这样对测试方法的分析精度的 要求可以降 低， 应用通常的i c p - ms , i c p - a e s 方法为可 行 ( m it s u g u c h i e t a l 1 9 9 6 ; 韦刚 健等 ， 1 9 9 8 ) ; 较高 温度灵 敏 度还可减少珊瑚的 生物 特性对 m g / c a 温度计的影响。 中 国 科 学 技 术 大 学 博 士 学 位 论 文南 海 珊 瑚 的 a 堕 里 里 1 亘 5 燮生r 塑m . 些1 如同s r / c a 温度计一样， m g / c a 温度计在不同种类珊瑚之间或同种珊瑚在不同地区之间 常常不能互用。 3 . 4 u / c a 比 值沮度计 u在海水中 的 含 量不高 ， 变化范围 是3 . 1 6 2 - 3 .2 8 1 n g /g ， 相对变化率为3 .8 % ( c h a n e t a l ., 1 9 8 6 ) 。 但u 在海水中 存留 时间 很长， 海水中u / c a e t 值变化很缓慢。 s h e n 方力行等 ( f a n g s c o ff in 等 ( 1 9 8 9 ) 用 太平 洋的巴 布亚新几内亚的m o t u p o r e 地区的 滨珊瑚( p o r i t e s l u t e a ) 研究 荧 光强度与当 地月降雨量的关系; k l e i n 等( 1 9 9 0 ) 用荧光方法研究西奈( s i n a i ) 半岛 化石珊瑚所反 映的第四纪气候。这些研究成果，对于揭示相关地区的近数拾年来，甚至近百年来的洪涝 与干旱的环境变化，预测末来的降雨量趋势，有着十分重要的意义。 rj珊瑚骨骼中其他地球化学指标的 环境意义 随着高精度的测试技术的进步，珊瑚中的化学元素及其同位素的环境示踪研究得到不 断 发 展 。 除了s r / c a . m g / c a , u / c a 和 目 8 0用于 温 度 计以 外， 绷 瑚 骨 骼中 的 其 它 地 化 指 标 也 被用于示踪环境变化。 p h 是典型的与 _ 业污染有关的有害元素， 珊瑚骨骼中的p b 可以示踪海水的受污染情 况 s h e n 并 用 别 i b 值 建 立 了 南 海 珊 瑚的 口 i b - p h 值 计 ， 算 得古海水的p h值在8 . 0 6 - 8 .6 0 之间变化;在距今6 0 0 0 年左右南海海水的p h值曾达到一 个最低值，相应地出现了高海平面。 6珊瑚的高精度计时方法一热电离质谱 ( t i ms )铀系法 珊瑚的高 精度 计时 方 法研究是 珊瑚用于 环境研究的基 础z - - - , 1 9 8 6 . 1 9 8 7 年e d w a r d s 等用t i ms 铀系法对珊瑚的高精度定年成功是该项研究的一个重大突破。 他们恻定v a n u a t a 地区的t a n一e号样品珊瑚年龄为1 8 0 士 5 a b p : c ws -f 号样品珊瑚年龄为8 4 5 1 8 a b p ; h i s p a n i o l a 地区c h号样品 珊瑚年龄为8 2 9 4 1 4 4 a b p : b a r b a d o s 地区珊瑚年龄为1 2 8 1 0 0 1 1 7 0 0 a b p 。这要比经典的。 谱仪法，有了显著的提高。热电离质谱 ( t i ms )铀系法有明显的优 点: 样品用量少，千年以卜 样品约用1 克，万年以上样品用) l 百 毫克:测年精度高，白 年 至千年之间的精度为 v -3 ，万年至2 0 万年之间为 c a ( p o 4 ) 2 + 3 h 2 0 + 3 c 0 2 4 - 3 从化学反应方程4 - 3 可以看出，碳酸钙中的氧只有2 / 3 以c o : 形式被释放出来，因此， 析出的 c o : 与 碳酸 钙之间也 存在 氧同 位素分馏。 此分 馏被定 义为 磷酸法的酸分馏。 磷酸法 的酸分馏系数表示为: a c 二 一。 c 0 3 - ( 8 0 1 4 6 0 ) c 0 ,1 ( 18 0 1, 16 0 ) c c 一 ( 1 0 0 0 + 8 8 0 c , d l ( 1 0 0 0 + 5 1 8 0 0 0 o ) 4 - 4 同其他分馏系数一样，酸分馏系数亦依赖于磷酸与碳酸钙反应的温度和碳酸钙的矿物 类型。 目 前， 大家公认s h a r m a w e b e r a n d w o o d h e a d 1 9 7 0 ) 。在土生长 轴上，珊瑚氧同 位素组 成与平衡沉积的碳酸盐氧同位素组成的亏损最人，很多学者认为这种对平衡的偏离在主生 长 轴是一个常数 ( l a n d e t a l . ，1 9 7 5 ; m c c o n n a u g h e y 1 9 8 9 ; w e l l i n g t o n e t a l . 1 9 9 6 ; b a r n e s a n d l o u g h 1 9 7 2 ; b a r n e s e t a l . 1 9 9 5 ) 既 然 在 主 生长 轴上， 珊瑚 骨 骼的 s s 。值 亏 损 恒 定， 我们就可以不必考虑亏损的具体量的多少，直接利用珊瑚骨骼的s 8 0值和 s s t进行线性 拟合，来建立珊瑚骨骼的夕 勺 温度计。目 前世界上已发表有多达 7 0条温度计，用于世界 - 一一一一一一一一-曰. 中国科学技术大学博士学位论文 南海珊瑚的高精度和高分辨率古环境信息研究 各大洋的s s t 研究 ( 余克服，1 9 9 8 ) = 表 4 - 1造礁珊瑚主要的8 8 0温度计 朴一叙工qui 珊瑚属 p o r i t e s p o r i t e s p o r i t e s 8 8 0温度计 6 , = - 1 3 1 - 0 . 1 3 4 t ( 0c ) 8 , = - 0 .3 3