开封黄泛地层全新世中晚期碳密度和碳储量研究

开封古城相对完整的黄泛沉积序列为探索历史时期碳密度及储量提供了难得的研究载体。以开封城区(师专、医专和明伦)和郊区(金明)4个25 m岩芯为研究对象,通过对861个岩芯样品的容重、有机碳和黑碳分析测试,开展地层有机碳和黑碳密度及储量分析。结果表明:地层有机碳和黑碳含量垂直分布特征基本一致,高值主要集中在地表1 m范围内,其次是各朝代文化层附近,城区地层含量明显高于郊区。地层0~25 m黑碳密度均值为24.67 kg/m^2,黑碳储量为11.30 Tg,分别占总有机碳密度和储量的24.26%和21.75%。表明地层黑碳碳库在总有机碳库中占有较大比例,在计算土壤或沉积物碳密度和碳储量时,应将黑碳也考虑在内。老城区0~25 m地层黑碳储量占比高出新区10%以上,主要与老城区受历朝人类活动影响强度较大及煤炭的广泛使用有关。研究结果可为寻找"遗失的碳"、精确计算碳循环和平衡提供参考。

人为—生物源元素在开封古城黄泛地层沉积旋回划分中的指示意义

科学地划分黄泛地层沉积旋回是阐明开封古城兴衰与黄河水患关系的关键,但黄泛地层的粒度层序往往被后期人类活动所扰动,需要探索其他代用指标。在开封老城区的河南大学师专(ZKsz)和医专校区(ZKyz)以及西郊的金明校区(ZKjm)分别钻取25 m连续岩芯,共获得657个样品。用ICP和AFS法测定样品14种元素含量,以人为—生物源元素综合富集系数(IEF)为代用指标,应用小波分析技术划分沉积旋回。结果表明:岩芯Ni、Cr、Fe、Mn、Co、V和Al是自然源元素,Cd、Pb、Cu、Zn、Hg、As和P是人为—生物源元素。郊区岩芯的粒度(砂黏比)旋回与元素旋回的数目和界限相一致,指示IEF可以作为划分沉积旋回的代用指标。城区ZKsz岩芯0~12 m和ZKyz岩芯0~9 m的元素旋回分别为8个和6个,均多于其粒度旋回,IEF可以规避粒度层序紊乱的干扰,元素旋回能够准确反演黄河泛滥次数。现今开封老城区地下的战国大梁城、北宋东京城、明末开封城和清末开封城古地面分别在10~12 m、9 m、4 m和1 m左右。

开封古城不同朝代文化层重金属积累与污染分析

开封古城黄泛沉积形成的"城摞城"奇观为文化层重金属积累与污染分析提供难得的材料。在开封市城区(师专钻孔和医专钻孔)和郊区(金明钻孔)分别获取25 m连续岩芯,大部分按10 cm间隔分样,共获得657个沉积物样品。用ICP-MS和AFS方法测定样品Pb、Cd、Cu、Zn、Hg、As、Ni、Cr和Co含量。结合地层14C年代数据、考古发掘及历史文献记载,建立不同朝代文化层年代框架,开展文化层重金属积累与污染分析。结果表明:师专、医专和金明钻孔均存在战国、宋金、明早期、明中期、明晚期和清代6个文化层。文化层大部分重金属发生不同程度富集,以Hg富集最为明显,城区钻孔明早期以前文化层达到强富集至极强富集水平。绝大多数文化层发生了重金属轻度至中度污染,中度污染发生在城区钻孔的宋金文化层。城区钻孔的最主要污染重金属是Hg,其次是Cu、Pb和Zn;郊区钻孔的主要污染重金属是Cd、Cr、Hg和Pb。不同朝代文化层重金属污染程度与其人口密度呈正相关。明早、中、晚期文化层污染程度逐渐减轻的现象可能与明朝开封城复兴与频繁的黄河泛滥有关。