天山乌鲁木齐河源1号冰川雪冰中δ^18O的演化过程

2002年9月14日-2005年3月7日,在天山乌鲁木齐河源1号冰川积累区雪坑中连续观测取样,频率为1次/周,分析了其中的部分表层雪样品和粒雪坑样品中的δ^(18)O。结果表明:表层雪样品的δ^(18)O具有明显的季节变化,且与月平均温度关系密切。粒雪坑样品中的δ^(18)O在9月底至次年6月初变化较小,升华对雪坑1 m以下雪冰中δ^(18)O的影响不超过-2‰,整个雪坑都较好地保持了δ^(18)O的季节变化特征。但6月初-9月底融水对雪冰中δ^(18)O的影响巨大,冬季形成的δ^(18)O低于-30‰的中、细粒雪层,经过夏季融水的改造,可成为δ^(18)O-11.6‰的粗粒雪和冰片层。融水可使雪冰中δ^(18)O的改变量>60%。在全球变暖背景下,冬季形成的低δ^(18)O雪层经过夏季融水的改造,其内的δ^(18)O可以完全被平滑。

西北地区大气降水δ^18O的特征及水汽来源

根据2005年各月在中国大气降水同位素观测网(CHNIP)位于西北地区的阜康、策勒、临泽、海北、沙坡头、长武和安塞观测站点收集的降水样品,对其中的同位素的组分进行测定,分析了西北地区大气降水中!18O的时空分布特征。所建立的局地大气降水线方程"D=7.05#18O-2.17,反应了西北地区独特的局地气候特点。降水$18O的温度效应显著,而降水量效应只在夏季(6-8月)间存在。%18O的空间分布特征可以很好地反映西北地区的大气环流背景。应用瑞利分馏模型及动力分馏模型对阜康-安塞沿线降水&18O的定量模拟结果,揭示了西北地区降水水汽的分馏主要以动力分馏为主,雨滴在降落过程中历经了一定的二次蒸发过程,其降水水汽中也混入一定量的由局地再蒸发的水汽。此外,利用西北地区在全球大气降水同位素观测网络(GNIP)中的乌鲁木齐、和田、张掖、兰州、银川和西安6个站点的长时间序列的’18O与降水量、温度等气候因子建立的多元线性回归关系可以对降水(18O进行定量估算;基于乌鲁木齐站点12年的)18O资料对该地区的温度拟合,为历史气候的定量恢复提供了依据。

水环境硝酸盐氮污染研究新方法——^(15)N和^(18)O相关法

最近 40年 ,硝酸盐已成为一个共同的地下水污染物 .使用CaO定量地除去CO2 和H2 O的新的焊封管燃烧法分析了NO-3 中的氮同位素比值 .应用AgNO3+C的新的焊封管燃烧法进行了NO-3 中氧同位素分析 .安阳和林县饮用水中广泛的NO3 N污染大大超过饮用标准是一个主要问题 .食管癌的死亡率与饮用水中NO-3 、NO-2 、NH+4 和亚硝胺过剩的含量成正比 .δ( 15N)和δ( 18O)研究资料指出 ,在这个地区饮用水中的NO-3 主要来自农家肥和化肥 .地下水NO-3 的δ( 18O)明确地指出 ,在这个地区不存在有意义的反硝化作用发生 .相反 ,由NH+4 到NO-3 的需氧硝化作用可导致NO-3 中的氧 1/ 3来自空气 ,2 / 3来自水 .

青藏高原纳木错流域夏、秋季大气降水中δ^(18)O与水汽来源及温度的关系

根据2005年8~10月在纳木错收集的降水样和相关气象观测,分析该地区降水中δ18O变化特征及其与水汽来源关系,揭示不同水汽来源降水中δ18O与温度之间关系。观测期间水汽来源以西南季风和青藏高原本地气团输送为主。结果表明,纳木错流域夏、秋季节历次降水中δ18O变化主导因素是水汽来源不同。远距离输送夏季风海洋性气团形成的降水1δ8O值较低,而局地大陆性气团降水δ18O较高。对同源的降水事件,气温和δ18O值有一定正相关性,因而可能是次一级的响因素。

基于δD和δ^(18)O及水化学的永定河流域地下水循环特征解析

运用环境同位素和水化学成分作为水循环研究的示踪剂,揭示了永定河流域中下游地下水循环特征。通过现场调查并对浅层和深层地下水采样,进行室内水化学和氢氧同位素组成测定,分析了流域内深层和浅层地下水的氢氧同位素和水化学组成的空间分布规律和演化趋势,揭示了流域地下水循环特征。结果表明,降水是山前地下水的主要补给源,地下水在接受降水的补给后经过了不同程度的蒸发作用,山区受蒸发影响较小,平原区较大,尤其是平原区浅层地下水呈现出强烈的蒸发浓缩作用;水化学特征表现为自西部山区到山前平原至滨海平原,自浅层到深层,地下水的矿化度逐渐升高;平原区浅层和深层地下水含水层之间存在明显的越流补给现象;沿海地区未发现海水入侵现象。

利用δ^18O和δ^34S示踪重庆都市圈地下热水循环过程

重庆市地下热水储存量大约有1亿m3,其中75%分布在都市圈内。通过对重庆市都市圈13个温泉群,20个泉点的温泉水的δD、δ18 O和δ34S调查,结合水化学指标进行分析表明:重庆市都市圈温泉水类型为SO42-Ca或者SO24-Ca Mg型,水的来源为大气降水。δ18 O值为-7.41‰～-9.48‰,研究认为地下热水的补给来源于海拔672～1 503m研究区域背斜核部岩溶出露区和背斜北端的岩溶出露区。热水中主要离子SO24-和Ca2+、Mg2+均存在很好的正相关性,且δ34S值为31.46‰～34.32‰,正好处于下三叠统嘉陵江组二段硬石膏δ34S值异常段,由此表明雨水和地表径流沿岩溶裂隙等进入深部的含有硬石膏的嘉陵江组,由此认为重庆都市圈温泉水储水层可能为下三叠统嘉陵江组二段。

应用~2H、^(18)O同位素示踪华北平原石家庄包气带土壤水入渗补给及年补给量确定

采集2个不同深度包气带土壤水2 H、18 O同位素剖面ZK1,ZK2,应用天然稳定同位素2 H、18 O示踪的方法,研究了华北山前冲积平原石家庄地区包气带土壤水入渗补给的历史演化特征。结果显示,研究区内,以0.05m为取样间隔,δ2 H、δ18 O值可以明显指示出大气降水及灌溉水入渗补给时间—剖面深度位置的年际对应关系。ZK2的δ2 H、δ18 O值随着埋深的增大出现周期性的波动,具有分层现象的岩性差异并不明显,说明ZK2剖面以活塞流的入渗方式补给地下水。在0~3.90m深度,δ2 H、δ18 O值显示降水和灌溉水的入渗补给时间为2011年10月至2001年11月。18 O峰值位移法计算补给量的结果显示,降水、灌溉水通过包气带补给地下水的垂向运移速度为38.5~65.0cm/a,年均入渗补给量为131.3~185.3mm。同时,对比2003年及2005-2007年降水量数据,说明少雨年份农业灌溉用水量的大小对当地地下水的入渗补给量起着关键性作用。

东海泥质沉积区8千年来的有孔虫Mg/Ca和δ^(18)O记录及其古环境意义

对东海陆架泥质沉积区MD06-3040柱状样有孔虫进行了地球化学分析,获得了底栖有孔虫(Rotalinoides gaimardii)Mg/Ca和δ18O及浮游有孔虫(Globigerina bulloides)δ18O等的高分辨率记录。通过与微体化石群、沉积物粒度等古环境替代性指标对比分析,认为研究区有孔虫Mg/Ca和δ18O的变化主要受浙闽沿岸流和台湾暖流及其相关的东亚季风所控制,并推测了研究区近8千年来的古环境演变过程:8.0~4.1 cal.kaBP时期,夏季风盛行,台湾暖流和黑潮发育强盛,底层和表层海水都具有较高的温度、盐度和δ18O值,其中底层海水温度在5.7~5.2和4.6~4.1 cal.kaBP两个时期最高;4.1~0.4 cal.kaBP时期,冬季风盛行,台湾暖流和黑潮影响减弱,浙闽沿岸流发育增强,使海水温度和盐度及δ18O显著下降;0.4 cal.kaBP以来夏季风再次变强,台湾暖流和黑潮的影响随之增强,海水温度又明显上升。

中国大陆科学钻探(CCSD)HP-UHP变质岩中石英脉流体包裹体δD-δ^(18)O同位素组成及其意义

流体包裹体δD-δ18O同位素测定显示CCSD石英脉具有较稳定的氢同位素(δD=-97‰--69‰)和相对较低且变化较大的氧同位素组成,其矿物δ18O为-1．9‰～9．6‰,相应流体的δ18O为-11．66‰-0．93‰,说明其变质岩围岩在板块俯冲前曾在地表与大气降水发生过程度不同的水／岩反应,而石英脉继承了其各自寄主变质岩的δ18O组成;在CCSD纵向上,石英脉的δ18O同位素组成出现“∑”型变化,分别在900m-1．500m和2700m出现极低值,而在1770m和4000m出现高正值,说明CCSD变质岩原岩在俯冲前与大气降水间的水／岩反应受到局部侵入的岩浆岩带来的高温和构造空间的控制; CCSD中石英脉δ18O在纵向上的变化基本同步于其寄主围岩变质矿物的δ18O组成变化,说明石英脉与其他变质矿物一样,也经历了HP,甚至UHP变质,但其主体应形成于板块折返过程中HP-UHP岩石的减压重结晶及退变质;CCSD石英脉、东海地表石英脉或水晶矿的δD-δ18O同位素值分布的不均一性,说明HP-UHP岩石在板块折返及其后退变质中释放出的流体活动范围有限,没有经历大规模的流动或迁移。东海水晶的流体包裹体δD-δ18O组成与CCSD石英脉相似,显示它们的成因基本一致,主要形成于晚三叠世板块折返过程。

乌鲁木齐河源1号冰川夏季积雪中δ^(18)O的时空变化

利用实测资料分析了乌鲁木齐河源 1号冰川东支表层和浅层粒雪中δ18O的变化 ,δ18O与温度的关系以及消融和蒸发对粒雪中δ18O的影响 .分析表明 :乌鲁木齐河源 1号冰川无高度效应 ,受消融的影响 ,且有时出现反高度效应 ;消融和蒸发的结果使得来自同一降水的表面粒雪易发生稳定同位素的富集 ,下伏层中δ18O的变化受上覆雪层中消融水的影响 .采样期间发现 ,不同时段采样系列中的δ18O与降雪初始平均温度存在一定程度的正相关关系 .

云南丽江树轮δ^(18)O记录的大气环流变化信息

通过对云南玉龙雪山丽江冷杉年轮晚材纤维素氧同位素(δ18O)的分析,建立了1902-2004时段年分辨率的树轮δ18O序列。将所得序列与相邻的丽江市气象站记录的气候资料对比,分析了树轮δ18O对气候要素的响应。结果表明,丽江冷杉年轮晚材中的δ18O与其生长季气候因子密切相关。主要与季风期(8-10月)的降水和相对湿度、6-10月总云量、5-6月平均温度显著相关,尤其和总云量相关性最高(r=-0.45,P=0.01)。同时,树轮δ18O年际变化与南亚季风指数、东亚夏季风指数呈反相关关系,并与1-5月南方涛动指数负相关显著,在一定程度上反映了大尺度的大气环流影响。

修正BW方法在中国大气降水δ^(18)O空间分布研究中的应用

为研究中国大气降水δ18O的空间分布,利用81个大气降水和冰芯站点δ18O资料和BW回归模型,拟合出大气降水δ18O与纬度和海拔的定量关系:δ18O=-0.024LAT2+1.541LAT-0.002 ALT-29.678.同时,为了优化BW回归模型的拟合结果,对BW回归模型的残差做了内插并比较了不同插值方法的精度.结果表明:以降水量为辅助变量的协同克里格法对残差的预测效果最好,与广泛采用的反距离加权法相比,该方法预测的BW残差与实际残差间的RMSE减小了0.14‰,ME也更接近于0.最后,利用最优的插值方法生成了BW回归模型的残差分布图,并将其与BW的模拟结果叠加得到了中国降水δ18O的空间分布图.其结果总体上反映了中国大气降水中δ18O的分布状况,为降水δ18O的现代过程研究以及古气候和古水文的研究提供了资料参考.

黑河流域不同水体中δ^(18)O的变化

水资源短缺和合理利用是干旱半干旱区黑河流域面临的一个严峻问题,解决问题的关键是要深入了解水循环机理,而分析不同水体中环境同位素变化特征是应用同位素示踪技术研究水循环机理所必须的前提。根据测得的黑河流域降水、河水和地下水中δ18O,分析了取样期间不同水样δ18O的变化,揭示了降水中δ18O存在显著的温度效应、季节效应、高程效应以及与降水量的正相关关系;河水中δ18O的时空变化特征,即出山口地区河水中δ18O统计值低于山区和盆地,山区河水中δ18O的时间分布与大气降水一致,出山口河水中δ18O时间分布与大气降水相反,河水中δ18O沿黑河流程存在显著递增趋势;地下水中δ18O在张掖变化幅度较大,在临泽较均一且9月份普遍高于6月份,而在高台则分为显著的2组,较高的一组9月份普遍低于6月份。研究了不同因素对水循环过程中δ18O变化的影响及相互作用,为同位素技术在黑河流域水循环研究中的应用提供科学依据。

乌鲁木齐地区大气降水中δD和δ^(18)O的变化特征

本文研究了乌鲁木齐地区近17年(1986—2002)大气降水的氢氧同位素组成,提出了大气降水线方程为δD=7.21δ18O+4.50,并与全国及全球降水线方程进行对比,揭示了该降水线方程的特征。研究表明,乌鲁木齐水分来源复杂,主要是西风带输送的海洋水汽和局地的蒸发,大气降水的加权平均18O与月平均气温相关关系显著,与雨量效应(降水量效应)较相关,降水中温度效应明显,且在一定时期很大程度上其影响掩盖了雨量效应。乌鲁木齐降水中δ18O的季节变化与温度的季节变化几乎一致,温度是制约降水中稳定同位素变化的主要影响因子。

黑河流域中上游地区降水δ^(18)O变化特征

水资源短缺和合理利用是黑河流域面临的一个严峻问题,解决问题的关键就是要深入了解水循环过程.降水作为水循环中一个重要环节,分析其环境同位素变化特征是应用同位素示踪技术研究水循环过程所必须的前提.根据黑河流域中上游地区取得的降水水样和降水气象资料,分析了该区域降水中δ18O的变化特征.结果表明:降水δ18O受降水量、季节、高度和温度等众多因素综合影响,其中温度占主导地位;由于位于干旱内陆地区,降水中δ18O的季节变化幅度较大,可达20‰以上;降水δ18O与降水前后平均气温的相关性显著,分别高于δ18O与降水前气温或降水后气温的相关性.从空间上来看,山区或上游地区降水δ18O与气温之间的相关性显著,分别高于δ18O与山前或山前盆地的相关性.

长江流域大气降水中δ^(18)O变化与水汽来源

根据GNIP所提供的长江流域多年月平均降水中δD、δ18O资料以及NOAA-CIRES提供的NCEP/NCAR再分析资料,研究了长江流域降水稳定同位素与降水量、水汽压、温度和水汽来源之间的关系。结果表明:在平均季节尺度下,长江流域大气降水中δ18O与降水量、水汽压和温度均存在显著的负相关关系,说明该流域降水中δ18O变化存在显著的降水量效应、湿度效应和反温度效应。基于降水中过量氘示踪水汽来源原理,分析了中国长江流域季风区降水中过量氘与阿拉伯海、孟加拉湾和南印度洋3个海区相对湿度的关系,表明中国长江流域的水汽主要来源于上述3个海区,而昆明和成都可能受到其他水汽作用,使其与水汽源区的相对湿度呈正相变化。

鹤庆孔碳酸盐记录与深海δ^(18)O和黄土粒度记录的对比

通过天文调谐确定鹤庆孔时间标尺的基础上,对鹤庆孔碳酸盐含量曲线、深海δ18O曲线和黄土粒度曲线进行对比分析。结果显示:在中更新世转型过程中,鹤庆碳酸盐记录早于深海δ18O和黄土粒度记录,由此推测青藏高原隆升在中更新世转型中发挥重要作用。鹤庆碳酸盐含量曲线与深海δ18O曲线整体上对应较好,推测全球冰体积变化在西南季风演化中发挥重要的作用。

桂林茅茅头大岩近50年来石笋δ^18O记录与局地气候／大尺度环流关系探讨

石笋记录是第四纪研究的重要力量,但是近年来中国季风区石笋δ^(18)O指示意义受到一定的质疑,关键问题是尚未通过石笋记录很好的衔接古气候与现代气候。基于此认识,选择桂林茅茅头大岩一个1968年以来连续生长的石笋记录。通过解译其δ^(18)O的气候指示意义,并进行局地和区域对比,发现桂林茅茅头大岩石笋δ^(18)O能很好的指示当地的夏季降水变化,同时响应了区域一致性的信号。在年代际尺度上表现为夏季风减弱,石笋δ^(18)O变重,夏季风增强,石笋δ^(18)O变轻。而通过比较东南水汽通道和西南水汽通道水汽来源比例变化,并未发现水汽来源变化与中国季风区石笋δ^(18)O的明显相关关系。而除桂林地区外,其他记录如湖北和尚洞、福建玉华洞石笋δ^(18)O虽然一致变化,但是与当地降水并无明显相关。因此夏季风强弱变化可能导致了中国季风区石笋δ^(18)O的一致变化,但是由于局地降水影响因素更加复杂,中国季风区并不是所有石笋δ^(18)O记录均指示当地降水量的变化。

三七主根稳定氧同位素δ^(18)O与生态因子关系的研究

基于44个不同产区春三七主根样品、根际土壤样品、地理气候因子数据,采用稳定同位素质谱和等离子发射光谱质谱及常规土壤农化分析法,研究了地理气候因子、土壤理化性质和肥力、主根内营养元素含量共计49个生态指标与三七主根稳定氧同位素δ18O之间的数量关系。结果表明,三七主根δ18O主要受纬度、湿度、年均温、年降水量、7月平均温、7月最高温、1月最低温、活动积温、土壤全钾、土壤全磷、土壤速效磷、土壤速效钼、主根Fe、主根P、主根Zn、坡度的影响,且顺序为:7月平均温>7月最高温>1月最低温>纬度>湿度>年均温>年降水量>主根Fe>土壤全钾>主根P>土壤全磷>活动积温>土壤速效磷>主根Zn>土壤速效钼>坡度。这16个生态因子的综合影响,共同决定了三七主根δ18O变化的89.60%。年降水量是主根δ18O的最主要决策因子,7月平均温是主根δ18O的最主要限制因子。7月平均温、7月最高温、1月最低温、年均温、纬度、湿度、年降水量决策系数的绝对值远高于其他因子,且这7个因子地域性很强。因此,三七主根δ18O具有明显的地域特征。本研究为三七主根δ18O作为三七主根和相关产品产地溯源的主要指标提供了理论依据。

水中δ^(18)O在全汁葡萄酒鉴别中的应用研究

研究采用Gasbench联用同位素质谱仪(Gasbench-IRMS)检测了3个不同品种葡萄汁在实验室模拟发酵前后水中δ18O,结果表明,发酵前后水中δ18O变化小于0.1‰;掺入外源水后,其水中δ18O呈现明显且良好的线性负相关变化,预测模型能够判断至少10%的掺水量,且与实际掺水量的误差在±1%左右。水中δ18O可以作为鉴别葡萄酒是否添加外源水的客观指标。不同产区葡萄汁样本水中δ18O存在较大差异,能够作为葡萄酒产地鉴别的有效依据。结果证明了稳定同位素技术能够作为葡萄酒真实性鉴别的有效手段,通过建立各产地品种葡萄汁的δ18O同位素数据库,为全汁葡萄酒及产地葡萄酒鉴定方法和标准的建立提供技术支撑。