中国西部地区湖泊碳库效应的影响因素及评价

来源 :兰州大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:jaiky
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中国西部地区广泛分布的湖泊是研究古气候与古环境变化的良好载体。目前,湖泊沉积物剖面年龄框架的建立主要依赖于碳十四测年。然而,大多数湖泊存在碳库效应,尤其在干旱寒冷植被稀少的西部地区,这在某种程度上制约了利用湖泊沉积物对古环境的研究。近年来,西部地区湖泊沉积物做为第四纪研究的热点备受研究者们青睐,因而对碳库效应的影响机制及空间分布特征的研究显得尤为重要。尤其以现代表层沉积物碳库效应的探讨,已成为准确建立年代框架最至关重要的先决条件。因此,本论文选取西部地区(新疆两大淡水湖、可可西里地区微咸水、咸水湖及盐湖和藏北高原地区12个不同类型湖泊)典型湖泊的表层沉积物,进行了湖泊放射性碳年代学及其碳库效应的研究。具体为:以中国西部地区17个湖泊的28个表层沉积物和3个现生植物AMS 14C年代学为主线,结合湖泊水化学、表层沉积物地球化学等方法,研究了现代湖泊碳库效应主要影响因素,分析了湖泊碳库效应的空间分布特征,并评价了表层现代碳库校正法存在的问题。本文初步获得以下结论:(1)博斯腾湖最大碳库年龄为3535 a,最小为现代碳;大多数集中670-945a。乌伦古湖为415 a,最小为现代碳;集中85-365 a。通过对单个湖泊(新疆淡水乌伦古湖、博斯腾湖和可可西里地区微咸水黑海湖)研究认为,现代碳库效应在空间上存在明显的差异性,湖中心(深水区)较湖边(浅水区)年轻;而且湖中心由于湖水化学介质与沉积物地球化学性质均一,内源自生碳酸盐为主,现代碳库效应表现为较小值且变化稳定。同一个湖泊中,受人类活动影响现代碳库效应表现更为复杂;外源碳酸盐岩入湖多,入河口处与沼泽对碳库影响较大。湖泊表层沉积物有机质母质来源主要以水生植物为主,在湖中心位置表现为内源水生植物为主,湖边位置受外源与内源共同影响,乌伦古湖湖边W-1碳库效应小。对地下水补给的湖泊(以黑海、库塞湖-盐湖、xz-51为例),以及构造活动频繁的湖泊(库塞湖),研究认为现代碳库效应受火山和断裂构造有关的地下热泉影响;由于地下水富含古老CO2、HCO3-和CO32-,而这些离子或CO2是由深部经过构造裂隙上升进入水体,进而碳库效应较大。另外,全球核爆效应对湖泊表层沉积物年龄影响较大,尤其沉积速率较慢的湖泊影响更大。乌伦古湖沉积速率较慢,这也可能是乌伦古湖较博斯腾湖表层碳库效应更小的原因之一。(2)青藏高原地区湖泊最大碳库年龄为7750 a,最小为现代碳;咸水湖最小碳库年龄为215 a,最大达到7185 a,集中505-5995 a;淡水湖泊最大碳库年龄为2110 a,最小为现代碳,大多集中在90-670 a;大型湖泊碳库年龄最大为7750a,最小为670 a;集中在905-7185 a;小水洼则为2110 a和215 a。植物碳库年龄最大为85 a,其余均为现代碳。对17个湖泊综合研究表明,现代碳库效应与HCO3-、CO32-等存在很明显的相关性,而与pH值和Ca2+相关性不明显;研究认为当HCO3-、CO32-变大时,所受现代碳库效应也随之变大。但样品xz-23的小水洼水体离子浓度很小,却受碳库效应非常明显(为2110 a),分析认为可能是受湖泊外碳酸盐岩风化影响。开放性湖泊与滞留时间较短的小水洼,所受碳库效应较小。盐度越高的水体,碳库效应较大。对湖泊的基岩岩性调查发现碳酸盐岩背景是影响碳库效应最主要的因素之一。地球化学研究认为湖泊物源区物理分化强烈,入湖矿物主要以石英、长石类为主,粘土矿物和碳酸盐矿物在藏北高原与可可西里地区较高,碳酸盐矿物在博斯腾湖较高。在博斯腾湖、藏北高原与可可西里地区湖泊,表现出碳库效应与风化强度(即化学蚀变指数CIA、化学风化指数CIW和长石蚀变指数PIA)成正相关,说明了风化强度越大,外源碳酸盐岩入湖越多,碳库效应越大。通过分析中国西部地区湖泊表层沉积物δ13C、δ18O、δ13Corg、TOC和C/N,认为主要以内源有机质为主,其中浮游植物、硅藻、水生植物、水生植物+陆生植物是主要有机母质来源,而陆生植物有机质来源很少。(3)本次研究认为中国西部地区湖泊碳库效应在空间上存在明显的差异性;西部地区湖泊现代碳库年龄从现代碳到24400 a均有出现,主要集中于1000-2000a之间,最大的碳库年龄达到了24400 a。单个湖泊现代碳库年龄在空间上是变化的,而且某些湖泊(如:青海湖、更尕海湖)的空间差异性更大(分别为2810a与6540 a),利用其进行碳库效应校正需极其谨慎;然而,有些湖泊(如:黑海、乌伦古湖、当惹雍错湖、博斯腾湖)现代碳库效应差异性却并不大,这些现代碳库年龄是可以进行碳库效应的校正。研究还发现最大碳库年龄均采用碳酸盐或者动物壳体做为测年材料,说明了碳酸盐更易受碳库效应影响。利用其它校正方法所得碳库年龄从玛纳斯湖90 a到班公错湖6670 a,大多分布于1000-3000 a之间,最大的碳库年龄达到了6670 a。同时,认为灰质基岩背景是影响湖泊碳库效应最为主要的因素之一。(4)本次利用表层现代碳库效应方法发现:湖泊表层沉积物现代校正法可得到现代碳库年龄,但不同测年组分与湖水硬水效应对现代碳库年龄影响极大,此时可利用其它测年材料(如:陆生残体、陆生孢粉、碳屑等)或其它测年方法(如:210Pb和137Cs测年、光释光等)避开碳库效应的影响。
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