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青藏高原东北部湖泊沉积物末次冰消期以来正构烷烃分子分布特征及其碳、氢同位素的古环境意义

王素萍  
【摘要】:针对正构烷烃分子化合物分子分布特征及其单体碳、氢同位素在湖泊古环境研究当中存在的问题,本文对青藏高原东北部克鲁克湖和更尕海末次冰消期以来共110个湖泊沉积物样品,进行了正构烷烃的抽提、分离、纯化以及GC分析和正构烷烃单体碳、氢同位素(613C,δD)的分析测试。 克鲁克和更尕海湖泊大部分样品正构烷烃的碳数分布在nC14~nC35之间,nC22~nC33高碳数的正构烷烃分子的相对丰度较高,且具有明显的奇偶优势。两个湖泊正构烷烃分子分布都呈单峰和双峰两种分布形式,相对于克鲁克湖泊而言,更尕海湖泊沉积物中水生植物来源正构烷烃含量所占比例更大一些。而且两个湖泊当中正构烷烃参数CPI26-34、ACL27-33、Paq在时间序列上的变化存在较大的差异。初步的分析认为可能是由于克鲁克湖泊正构烷烃是陆生和水生植物两种来源,而更尕海正构烷烃更可能是以单一来源为主。 最近,国际学术界提出可以用湖泊沉积物当中水生和陆生高等植物正构烷烃δD之间的差异来作为湖泊流域陆地土壤水分蒸发蒸腾损失总量(terrestrial evapotranspiration)或者湖泊蒸发与入流比(evaporation to inflow ratio)的指示器。然而,新提出的该指标在为数不多的湖泊沉积物实际应用当中却并不十分成功。对于干旱,半干旱区而言,无论陆地土壤水分蒸发蒸腾损失总量,还是湖泊蒸发与入流比,都主要受区域气候干旱程度的控制。来自克鲁克和更尕海的数据表明,中等链长和长链正构烷烃氢同位素之间的差异(△D)在这两个湖泊显示了完全不同的演化过程。相对而言,来自克鲁克的△D更有规律一些,显示末次冰期相对干旱,而全新世相对湿润。更进一步深入的分析表明,克鲁克湖泊末次冰消期以来沉积物当中,nC23和nC25、nC27和nC29、nC29和nC31之间的δD两两正相关,而nC25和nC27之间的6D则没有明确的相关关系。这就暗示在该湖泊沉积物当中,中等链长的nC23和nC25与长链的nC27、nC29、nC31两类正构烷烃很可能的确来源于两类不同的植物,即水生植物和陆生高等植物。而来自更尕海的数据则表明,nC23和nC25、nC25和nC27、nC27和nC29、nC29和nC3I之间的δD两两正相关,这一结果表明在该湖泊沉积物当中,水生植物来源和陆生高等植物来源的正构烷烃很可能很难用链长来进行区分。这很可能是两个湖泊沉积物当中△D在末次冰消期以来具有完全不同的演化历史的主要原因。因此,我们的结果强调在利用湖泊沉积物△D指标进行古水文、古气候、古环境重建时,首先必须明确不同链长范围的正构烷烃具有明确的、不同的来源。 来自克鲁克正构烷烃的碳同位素数据表明,nC23和nC25、nC27和nC27、nC27和nC29、nC29和nc31之间的单体碳同位素数据两两正相关。由于来自氢同位素的数据已经表明在该湖泊沉积物当中,中等链长的nC23和nC25正构烷烃主要来自水生植物,而长链的nC27、nC29和nC31正构烷烃则主要来自陆生高等植物。水生植物由于生长在水中,水分条件不应当成为其碳同位素变化的主要限制因素,因此,克鲁克湖泊沉积物当中nC23和nC25正构烷烃δ13C值变化很可能是对温度变化的响应。而该湖泊沉积物当中陆生高等植物来源的nC27、nC29和nC31正构烷烃δ13C则主要指示了全新世期间的C4植物相对丰度上升。且这一变化主要是温度变化导致的。进一步将克鲁克湖泊沉积物正构烷烃δ13c与北大西洋冰漂碎屑记录进行了对比发现,无论是中等链长的nC23和nC25正构烷烃加权平均δ13C值,还是长链nC27、nC29和nC31正构烷烃加权平均δ13C值的几个偏负的阶段与北大西洋冰漂碎屑所记录的几次冷事件具有较好的对应关系。从而,克鲁克湖泊沉积物当中正构烷烃δ13c很可能是一个温度变化的指示器。尽管由于年代和分辨率的问题,克鲁克与更尕海的结果还不能进行细节上的对比。但从已有结果来看,两者在末次冰消期以来还是具有比较好的一致性。 根据克鲁克湖泊正构烷烃分子分布特征参数和单体碳、氢同位素的变化特征,初步重建了该区域末次冰消期以来的古气候、古环境变化特征。得到的记录表明,该区域在13kaB.P.-9kaB.P.期间,区域气候相对冷干;在9kaB.P.-4.5kaB.P.期间,气候偏暖湿且波动较大;在4.5kaB.P.-2kaB.P.期间,气候相对冷湿且较为稳定;在2kaB.P.之后,气候相对偏暖干,但干旱程度明显弱于9kaB.P.之前。


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