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利用天水盆地碳酸钙同位素重建中新世中晚期大气CO_2浓度变化

季顺川  
【摘要】:新生代大气CO_2浓度变化是地学研究的重点和热点问题。新生代暖期CO_2与气候之间的关系对预测未来高CO_2浓度下气候系统演变规律有重要的借鉴作用。因此,新生代大气CO_2浓度变化在古气候研究中尤为重要,同时也受到政府和大众的广泛关注。新生代大气CO_2浓度重建已经开展了大量的研究,其中被广泛认可的是冰芯记录。然而,冰芯记录只能恢复过去八十万年以来的CO_2历史。因此,研究者利用气孔指标、δ~(11)B、B/Ca、古土壤碳酸钙等多种不同方法尝试恢复更老时间段的CO_2记录。随着这些方法的不断修正以及CO_2记录分辨率不断提高,上新世以来的CO_2重建结果整体趋于一致,但是中新世CO_2重建结果仍然存在争议。根据已经发表的大气CO_2浓度记录,中中新世(17.4-14 Ma)的大气CO_2浓度和现在大气CO_2浓度相似(~400 ppm),并且中中新世全球平均温度比现在高出~3°C。因此,中中新世暖期被认为是过去23 Ma中跟未来气候相似的一个时期。然而,中新世CO_2浓度重建结果存在分辨率低、不同指标重建结果不一致等问题。本文选取黄土高原西部天水地区的中新世中、晚期沉积剖面(17.1-7.1 Ma)开展古大气CO_2浓度以及古气候重建。拟达到以下研究目标:1)利用古土壤CO_2气压计方法重建中新世中、晚期大气CO_2记录来弥补中新世中、晚期CO_2数据较少的不足。2)获得当时古气候(如温度)记录,查清中新世中、晚期气候变化与CO_2的关系。要达到上述目标,需要对土壤呼吸作用产生的CO_2(S(z))浓度以及碳酸钙形成时的温度进行较好的限定。为此,本研究1)对黄土高原表土站点开展了为期两年的土壤CO_2气体观测实验。2)利用二元同位素方法对天水地区的中新世中、晚期沉积剖面进行古温度重建。通过上述工作的开展,我们取得如下认识:1)对黄土高原现代土壤气体序列2年监测结果显示:S(z)的浓度为572±273ppm。本文的监测结果在其他不同指标重建结果的范围内。在获得土壤呼吸作用产生的CO_2浓度的同时,还获得了土壤中CH_4随季节变化的浓度序列。对土壤气体序列的深度分布进行研究发现,土壤呼吸的平均深度为10-70 cm,主要集中在20-40 cm。甲烷氧化的平均深度为3-10 cm。2)利用二元同位素方法重建了天水地区中新世中、晚期沉积剖面碳酸钙结核形成温度。结果显示:形成温度变化范围是22-13°C(±2.23°C)。中中新世土壤平均温度是22°C,晚中新世土壤温度的平均值是17°C。3)通过确定古土壤CO_2气压计中的两个重要参数:即S(z)和碳酸钙形成时的温度,本研究重建了中新世中、晚期大气CO_2浓度序列。重建结果显示:中中新世大气CO_2浓度为250-400 ppm,晚中新世大气CO_2浓度为100-300 ppm。


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