第10讲地球化学课件.ppt

环境地球化学第一页，第五部分v :碳酸盐研究和地球变化，第二部分，黄土古土壤碳酸盐研究和地球变化1。古代环境标志黄土的旧土壤碳酸盐同位素组成碳酸盐在与环境同位素的平衡条件下形成时，其同位素组成主要取决于碳酸盐形成介质的同位素丰度和温度。碳酸盐同位素组成反映了其形成环境。黄土或古土壤的自生碳酸盐形成的环境形成了同位素平衡，可以用来判断其形成环境。黄土-古代土壤的碳酸盐同位素组成基本上表明了自生碳酸盐同位素组成。18O值和13C值的截面变化是自碳酸盐同位素组成变化引起的环境变化的结果。环境地球化学第2页，v :碳酸盐研究和地球变化，2 .黄土古土壤碳酸盐氧同位素组成与高气候的关系现代土壤碳酸盐氧同位素18O值与区域大气降水氧同位素18O值呈正相关。大气降水18O值与当地年平均温度成正比，因此黄土-古土壤碳酸盐同位素组成的变化，不仅是大气降水氧同位素组成随时间的变化，还会随着时间的变化，在气候温暖的条件下，碳酸盐的形成可能具有18O的高值。黄土-古土壤碳酸盐18O值随碳酸盐含量的增加而明显减少。这表明他们同时受环境因素控制。环境地球化学第3页，第v节：碳酸盐研究和地球变化，宝鸡黄土-古代土壤碳酸盐含量与氧同位素组成的关系图，第4页环境地球化学，第5节：碳酸盐研究与地球变化有关，土壤碳酸盐含量与区域年降水量不足750mm的土壤有关，自生碳酸盐常见于年降水量不足750mm的土壤现在黄土高原的气候与东亚季风相关，夏天来自太平洋的季风强劲时降水量增加。冬天西伯利亚季风强的时候，降水量会减少。黄土-古土壤的碳酸盐氧同位素组成主要记录了古季风的变化，夏季风强时形成的黄土-古土壤碳酸盐18O值更高。环境地球化学第5页，v :碳酸盐研究和地球变化，3 .黄土的古代土壤碳同位素组成与植物的关系土壤自生碳酸盐碳同位素组成主要受土壤CO2碳同位素组成的控制。土壤二氧化碳的碳同位素组成不仅与土壤CO2浓度有关，还与土壤植物的光合作用有关。土壤植物密度增加，土壤CO2浓度增加，大气中CO2的比例控制。植物呼吸产生的CO213C值比植物本身约高3 7，因此C4或C3植物的比例决定了土壤呼吸产生的二氧化碳的碳同位素组成。土壤碳酸盐13C值随土壤植物密度的增加(即土壤呼吸加强，土壤CO2浓度增加，来自母体的CO2相对减少)减少，土壤植物的C4植物相对增加。气候越干燥，土壤碳酸盐13C值越高。环境地球化学第6页，v :节碳酸盐研究和地球变化，C3植物主要分布在干旱和半干旱地区，植物群落的比例随着夏季平均蒸发量的增加而增加，湿度的减少而减少，旱季土壤湿度的增加而减少。在干燥炎热的气候条件下，C4植物在植物中的比例较高，因此在第四纪黄土高原古植物群落中，C4植物的比例变化不大，黄土-古土壤碳酸盐的13C值变化可能主要是由于古植物的密度变化。环境地球化学第7页，第v节：碳酸盐研究和地球变化，3节，黄土和深海沉积对比非常持续的深海沉积古代气候记录需要相互验证，与陆地沉积古代气候记录比较，以便更充分地了解地球第四纪气候的面貌。丰城黄土是陆地上保存最好的沉积层系，广泛分布在我国和全世界。陆地沉积物和海洋提供了在沉积物中比较的物质基础，黄土沉积系列的沉积物类型、生物组合变化等可以反映气候的冷热演变。环境地球化学第8页，v :碳酸盐研究和地球变化，1 .中欧黄土和深海沉积比较欧洲黄土主要分布区位于未被冰川前进和后退破坏的冰川前沿。黄土是冰期干燥和冷却条件的产物。夹在黄土地层中的黄土是在间冰期阶段形成的。中欧间冰期的气候与现代类似，或比现代温暖潮湿，落叶阔叶林分布范围内，次生棕壤发达。因此，在适当的沉积盆地内，冰期的一个间冰期被记录为反复交替的黄土和森林土壤。欧洲第四纪气候类似深海沉积物的气候记录，具有多样性。中欧黄土地层和深海沉积物的比较发现，两种气候变暖变化曲线非常适合，深海沉积物中最近的5个氧同位素期间同样出现在黄土中。环境地球化学第9页，第v :节碳酸盐研究和地球变化，中欧黄土和深海沉积比较c-1冷黄土草原。n-1正常黄土草原。m-1温暖的黄土草原；r稀疏边缘草；t浓密的草原；针叶树林或混合林，p b-落叶林。1斜坡冲刷壤土；2生物起源粘土；3次棕壤，有泥皮；4块黄土；5腐烂的殖民地棕壤学者；6钙；7粒状沙组；8 1层，环境地球化学第10页，v :碳酸盐研究和地球变化，2 .中国黄土和深海沉积物的对比中国黄土为44万km2复盖了广大的地区；沉积厚度，最高300m；连续性好，从早期更新世到全新世都沉积下来，几乎记录了第四纪地质史的全过程。黄土沉积序列中黄土和古代10种土壤多次交替出现。古地磁测量使剖面时间序列更准确、更明确，从而为黄土沉积物和深海沉积物的对比提供了可靠的基础。环境地球化学第11页，一般粗糙的粒子直径反映移动操作力(风)强、干燥的气候。高含量的CaCO3反映了比较干燥的环境(否则溶解的CaCO3会被过滤带来)。低Fe2O3/FeO比率也反映了干燥寒冷的环境(在湿热的气候中，铁作为Fe2O3存在很多)。因此，粗糙平均粒度、高CaCO3含量、低Fe2O3/FeO比率和低磁化率都表示干燥和寒冷的气候环境(沙漠和草地)。洛川剖面显示了CaCO3含量、Fe2O3/FeO比率、磁化率等基本同步变化，反映了干旱黄土时期和湿润暖土形成时期之间的反复交替。如果将洛川剖面高后波动曲线与深海原酒型(v 28-239)进行比较，可以发现这两者很符合。请参阅附图。部分：碳酸盐研究及地球变化，环境地球化学第12页，第5部分：碳酸盐研究及地球变化，松山逆期，芙蓉定期，晚更新世(马兰黄土)，中更新世(利石黄土)，早更新世(，环境地球化学第13页，第v部分：碳酸盐研究和地球变化，洛川剖面上部各种黄土，古代土壤类型和古代环境参数(古代环境参数主要与现代土壤比较)1。弱风化黄土；中等风化黄土；强风化黄土；黑色黄土土壤；钙质棕色古土壤；淋溶的棕壤；淋溶的棕壤；棕褐色土壤、环境地球化学第14页、v :碳酸盐研究和地球变化、粗糙黄土平均粒度、高CaCO3含量、低Fe2O3/FeO比率和低磁化率表示干燥的气候环境(沙漠和草原)。相反，它代表相对潮湿和温暖的气候环境。，罗川黄土剖面和深海核心对比1表土和下部黑土，2棕色古土，3其他古土；4马兰黑土；5离石黑土；6中午黑土；7钙结核，8红土，环境地球化学第15页，v :碳酸盐研究和地球变化，4，洞石笋古代温度研究洞内部环境与保持相对封闭时沉淀的方解石和水两相之间达到氧同位素交换平衡条件的CaCO3-H2O对地质温度计，形成了平衡常数和石笋生长时温度之间的一定关系。1/3 CAC 16 o 3 h218 o=l/3 CAC 18 o 3 h216 o 0 Neil实验测量的温度测量值为t(oc)=16.9-4.38(18 oc-18 ow)0.1(1118Oc和18Ow分别是方解石(与PDB相反)和水(与SMOW相反)的18O值。环境地球化学第16页，第6节：湖泊沉积研究与气候、环境演化、湖泊沉积优势：存储信息量大时间分辨率高地理范围2ka以来湖泊气象沉积记录了人类活动因素和自然环境变化的双重信息。环境地球化学第17页，第六节：湖泊沉积研究和气候、环境演化、湖泊沉积物有以下优点：湖泊沉积记录的信息量很大。湖泊沉积物包括大气层(温度、降水、样式、洪水灾害、大气污染、酸雨、气溶胶和灰尘)、陆地生态系统(植物、土壤、火灾、火山活动等)和生态系统(盐度、pH、碱度、营养状况)现代湖泊中心的沉积速度变化很大，但通常在0.5 3mm/a之间使用适当的间隔取样，可以得到10 102 a的环境变化记录。分层湖的年沉积分析可以区分洛杉矶或季节。湖泊沉积物的地理范围很广。目前，中国有面积超过1km2的湖泊近230O个，陆地地区的湖泊远远超过冰心、黄土和树木的年轮。环境地球化学第18页，第6节：苏黎世湖碳酸盐的18O和13C分析结果(a)过去约洛卡之后，苏黎世湖沉积的无机碳酸盐碳氧同位素变化，(b)生物起源碳酸盐的碳氧同位素变化。空心圆点：中型白色玻璃(candonacandda: c.c .)和湖大陆花(Pisidiumconventus)；坚硬点：此化石样品从沉积物岩的心脏中分离出来，钻孔核心柱状图在图左，环境地球化学第19页，第6节：湖泊沉积研究和气候、环境演化、微量元素Mg和Sr的研究，在非海洋沉积环境形成的介电昆虫壳方解石晶格中取代钙原子，从而更有效地确定湖泊的物理化学条件。如果一个流域面积完全确定的湖泊，盐分的增加与蒸发量的增加相关联，盐分的变化经常引起Sr/ca的变化，主要是因为湖泊中的碳酸离子达到了过度饱和。环境地球化学第20页，第6节：湖泊沉积研究与气候、环境演化、克拉比特火山区湖介质壳的Sr/ca和mg/ca摩尔浓度平均比变化曲线与湖水深相关的约40层沉积物芯的粒度组成的高盐度曲线(平均处理)的比较图。这幅画的左边是一个沉积序列，显示出有方解石层和文石层，这表明湖泊在不同时期达到了碳酸盐饱和状态。宗庙壳的Sr/Ca比与湖泊盐度的变化有关。环境地球化学第21页，简单回答，思考冰期间效应引起海水氧同位素成分(18O)变化的原因；谈谈地质历史时期利用有孔虫18O建立海洋温度梯度剖面的原理吧？举一个例子说明。自然碳同位素在生物中的分馏作用是什么？根据13C的变化，为什么可以反映森林植物面积的变化和冰期效果？讨论深海垂直剖面中CO2、13C和氧含量的变化。洞穴石笋高温研究的基本方法和必须满足的条件？谈谈他们在高环境变化研究中的具体应用。高气候和高环境恢复研究中湖泊沉积研究的优点。环境地球化学第22页，课程主题讨论，整体论和地球变化研究所讲课内容折中，和自己的兴趣一起利用自主命题制作PPT多媒体课件的演讲时间为10 15分钟(约25部电影)，提问讨论5分钟自由结合，3 5人在地质系的计算机室利用2科(时间不足，可以利用闲暇时间)准备的环境地球化学23郑英飞，陈康峰编著，稳定同位素地球化学，北京：科学出版社，20002。杨忠芳等，现代环境地球化学，北京：地质出版社，19993。中国科学院地球化学研究所编，高等地球化