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在过去的20年间,中国黄土高原黄土-古土壤序列的碳同位素研究已取得了一系列的成果,并被广泛应用到黄土高原古气候和古植被的重建研究。然而,为了更准确的利用碳同位素重建古气候和古环境,仍有一些基础问题需要我们细致考虑。本论文以黄土高原中部及秦岭南部黄土-古土壤沉积为研究对象,通过分析不同载体的有机碳同位素、碳酸盐碳、氧同位素、TOC含量、碳酸盐含量、C/N比值、MS、正构烷烃组分及碳同位素等地球化学和地球物理指标,对我国黄土一古土壤碳同位素重建古气候中存在的问题进行了初步研究,得出以下主要
结论:
1.对黄土高原同一地点竖井和天然剖面的碳同位素对比分析表明,竖井和天然剖面δ13CTIC和δ13CTOC的分布特征在冰期一间冰期尺度上呈现了一致的变化趋势。因此认为后期过程在冰期一间冰期尺度上不会对天然剖面的碳同位素组成造成明显影响。
2.2.5Ma以来洛川和段家坡剖面有机碳同位素分布特征表明:1)研究区第四纪以来主要为C3植物为主的C3、C4混合草原植被类型；2)黄土序列有机碳同位素δ13C值在冰期-间冰期尺度上较好的记录了夏季风强度变化,该结果进一步证实了An et al.(2005)的观点。同时在两个剖面均出现了两次明显的转换,因而也记录了更长时间尺度上东亚夏季风阶段性变迁的转折点。
3.δ13CTOC反映了长期平均的生态系统状况,如果没有原生碳酸盐干扰的情况下,δ13CCR则指示中国黄土高原植物增长季的生态变化。它们的差值(△13CCR-TOC),结合δ18OCR则提供了季节性气候和生态变化的信息。然而,两个剖面δ13CTIC和δ13CCR值呈现一致的变化趋势和幅度,一致低且接近零值的△13CCR-TIC结果表明:中国黄土根茎体可能包含本底原生碳酸盐的贡献。
4.对黄土高原西峰和洛川竖井剖面末次间冰期以来土壤TOC和TN含量的时间分布规律的初步分析表明,研究剖面磁化率、TOC和TN含量垂直分异趋势一致,均表现为古土壤时期相对黄土时期,TOC和TN含量相对偏高,C/N比值偏高,整体呈现一致的波动趋势,且TN含量值在整个序列均在0.03％～0.05％的低值范围,波动很小。因此,我们初步认为C/N比值在干旱-半干旱的黄土沉积序列更多的指示上覆植物生物量的贡献。
5.通过洛南盆地上白川、刘湾剖面和黄土高原中部洛川、西峰剖面有机碳同位素组成的对比分析表明:在受东亚季风控制的半干旱-半湿润的黄土区,暖季节的降水对C4和C3植被相对比例增加的趋势和幅度均具有明显的影响,主要表现为暖季节降水的增加有利于C4植被相对比例的增高,且降水量的增多可能会影响植物有机碳同位素的组成。
6.利用紫荆剖而古土壤同位素和其他地球化学、地球物理指标组成变化解读了该区农业文明的发展历史。分析表明,紫荆剖面δ13Csoc值指示了在仰韶到夏-商时期紫荆先民可能种植了约50％类似栗,黍的C4作物。异常负的δ13Csc值指示了紫荆先民在仰韶和龙山文化期可能进行了大规模的家庭圈养。
7.对黄土-古土壤类脂物正构烷烃组分抽提方法进行了比较分析,结果表明:对于年代较老、有机质含量较低的古土壤样品,超声波溶剂萃取和加速溶剂萃取获得的类脂物正构烷烃组分分布和碳同位素值没有显著差别,但是前者的效率明显低于后者的。因此作者认为,对于年代较老、含量较低的地质样品,采用加速溶剂萃取方法更有助于获得充分的样品量并进行可靠的GC-C-IRMS分析；对于现代样品和含量较高的地质样品,超声波溶剂萃取就可以获得充分的测试样品量。