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分子化石在洞穴沉积物中的分布特征及其潜在的古气候意义

易轶  
【摘要】: 长江中游地处北半球副热带,是东亚季风的必经之地。副热带附近东风与西风之间的能量交换和东南季风与西南季风的水汽辐合造就了该区环境的过渡带特征,使它灵敏地响应气候的变化。这里不仅受到东亚冬、夏季风“拉锯”作用的严重影响,而且也对夏季风系统内部东南季风和话南季风具有“翘翘板”特征的相互作用方式反应灵敏,是研究过去全球变化和区域海陆耦合系统的理想地点。 洞穴石笋是大气圈、水圈、生物圈和岩石圈等多圈层相互作用的产物。气候对其生长及组成的影响深刻,这使得石笋成为陆地古环境、古气候研究不可多得的理想材料。洞穴石笋记录的信息不仅时间序列准确,而且保真性好,受后期改造小。但是现有的石笋古气候学研究多偏重于其中碳酸盐的无机指标,对意义同样重要的痕量有机组分的研究却远未深入。 分子化石,也称生物标志物,是指那些地质体中保存的具有明确生物源意义的有机分子。利用分子化石进行过去全球变化的研究开展已经有三十多年的历史,尤其是从二十世纪九十年代以来,这一研究领域取得了很大的进展。但是这些研究主要集中在海相和湖相沉积物中,而对陆相材料如黄土、红土及泥炭的研究远未深入,对洞穴沉积物如石笋、石钟乳及钙华的研究还未见报道。 本文选取湖北清江沿岸洞穴-和尚洞中采集的一支石笋(HS-2)为研究对象,分离富积了石笋碳酸盐吸附保存的有机分子,应用分析化学的手段获得了保存的各种分子化石系列物在石笋剖面上的含量和碳数分布变化。在高精度的铀系定年法建立的时间框架下,根据分子化石的生物源指示意义,讨论了一些分子化石指标潜在的古气候意义,并与石笋碳酸盐碳氧同位素资料进行了相互对比和印证;通过长江中游地区与北大西洋中高纬度地区古气候记录的对比,我们尝试着去认识北半球不同纬度带古气候状况的异同,进而为全球气候变化的机制研究,特别是从末次冰期最盛期到全新世早明,最后一次冰消期的古气候变化机制及建模研究提供一些基础资料。 利用气相色谱-质谱联用仪(GC/MS)从采自HS-2石笋的18个样品中检测出了种类众多的分子化石。既有滴水携带来的上覆土壤层中的有机分子,也有源于生长在碳酸盐 表面的微生物的有机分子。通过对比讨论不同种类分子化石分布特征以及含量变化之间 的相关性,大致可以区分出主要源自上覆土壤层的分子化石(正构烷烃和正构脂肪醇)和 指示洞穴内原地生长的微生物的分子化石(脂肪酸)。其中醇和烷烃通过记录土壤生态系 统中微生物的变化记录下了过去气候状况的变化;脂肪酸则通过微生物对温度的生理变 化记录下洞穴温度变化,也即洞外环境年平均温度变化。 这些有机分子指示的不同古气候状况与石笋碳酸盐碳氧同位素以及北半球高纬度地 区的古气候记录进行的对比研究表明,分子化石指示的古气候状况与石笋碳酸盐氧同位 素的指示可以很好的吻合,并有望为石笋中碳同位素记录的解释提供强有力的证据;与 北大西洋地区的对比表明热带一亚热带海洋的热力状况与格陵兰地区的温度同步变化,但 是该地区末次冰期最盛期的温度可能并没有我们想象的那么低。


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