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基于脂类的环境pH代用指标:进展与思考

第四纪研究 2021年第4期41卷 1094-1114页

作者：黄钰莹裴宏业李婧婧党心悦钱施赵世锦杨欢中国地质大学(武汉)流域关键带演化湖北省重点实验室湖北武汉430074 中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室湖北武汉430078 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室江苏南京210008

pH是环境中影响生物地球化学过程的关键因子之一,其变化能够影响土壤肥力、改变环境微生物群落结构、影响海洋生物形成钙质骨骼和介壳等。不同沉积环境中pH的变化受控于不同的因素。对于地质历史时期一些重建起来难度较大的环境因素,如... 详细信息

pH是环境中影响生物地球化学过程的关键因子之一,其变化能够影响土壤肥力、改变环境微生物群落结构、影响海洋生物形成钙质骨骼和介壳等。不同沉积环境中pH的变化受控于不同的因素。对于地质历史时期一些重建起来难度较大的环境因素,如降雨量和大气CO_(2)浓度等的变化,pH能够充当“桥梁”的作用。通过重建沉积物或者水体中pH的变化进而间接实现对这些环境因子变化的反演。通过调查现代环境中生物脂类与环境关系等手段,已经逐渐发展起来一系列的环境pH代用指标,包括细菌支链型甘油二烷基甘油四醚化合物(GDGTs)的环化指标(CBT、CBT5ME、CBT6ME)和异构体指标IR(IR6ME、IBT等)、革兰氏阴性菌3-羟基脂肪酸的RIAN、Branched Index、RIN指标、C31藿烷的ββ/(αβ+ββ)立体异构体指标、长链正构2-烷基酮指标等。本文总结了基于生物脂类的pH指标其建立过程及应用原理,并对这些指标在古环境中的应用进行概述,归纳各自优缺点和应用范围,并提出了这些指标未来的研究方向。

关键词： pH 代用指标 GDGTs 单醚类化合物 3-羟基脂肪酸藿烷脂肪酮

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中国南方石笋中古气候代用指标的研究

中国科技信息 2011年第8期 66-67+74页

作者：徐丽娜邵晓华山东省荏平县环保局南京信息工程大学遥感学院

中国南部石笋记录了重要的气候变化信息。石笋的古环境重建常用的代用性指标有碳氧稳定同位素、生长率、灰度等10余种[1～3],多指标的环境解译体系,增加了古环境重建的可靠性。本文分别叙述了石笋的生长速度,沉积速率,纹层灰度,稳定同位... 详细信息

中国南部石笋记录了重要的气候变化信息。石笋的古环境重建常用的代用性指标有碳氧稳定同位素、生长率、灰度等10余种[1～3],多指标的环境解译体系,增加了古环境重建的可靠性。本文分别叙述了石笋的生长速度,沉积速率,纹层灰度,稳定同位素,微量元素等古气候代用指标。尽管每一种代用指标都有各自指代的气候意义,但单一的代用指标存在诸多影响因素,因此提倡使用多个代用指标相互对比,提高精确度。

关键词：中国南方石笋代用指标

青藏高原冰川冻土微生物如何记录和影响气候变化?

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地球科学 2022年第10期47卷 3825-3826页

作者：刘勇勤计慕侃刘军志刘鹏飞兰州大学泛第三极环境中心甘肃兰州730000

青藏高原是亚洲水塔,拥有9万多条冰川和中低纬面积最广的多年冻土区,是亚洲多条大江大河的源头.冰川和冻土由于其低温特性,封存了古老微生物及微生物演化的信息,其中微生物的数量、物种组成与群落结构可反映温度、土地利用方式等历史气... 详细信息

青藏高原是亚洲水塔,拥有9万多条冰川和中低纬面积最广的多年冻土区,是亚洲多条大江大河的源头.冰川和冻土由于其低温特性,封存了古老微生物及微生物演化的信息,其中微生物的数量、物种组成与群落结构可反映温度、土地利用方式等历史气候变化及生态系统变迁过程,是研究全球变化良好的生物代用指标(姚檀栋等,2020).

关键词：气候变化代用指标中低纬冰川冻土低温特性多年冻土区青藏高原生态系统

文石石笋发生矿物重结晶的影响因素及其古气候意义

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中国岩溶 2022年第4期41卷 648-659页

作者：李嘉燕田怡苹光凯悦朱珊莹李云霞高永利饶志国湖南师范大学地理科学学院湖南长沙410081 美国德克萨斯州圣安东尼奥市德克萨斯大学地球与行星科学系德克萨斯州圣安东尼奥市78249

洞穴沉积物—石笋已成为研究岩溶区环境气候变化历史的重要载体。在我国湘西地区,某些洞穴石笋原始沉积多为不稳定的文石矿物,极易发生重结晶,可能使石笋中相关化学元素含量最终偏离原生矿物的特征,限制了文石石笋某些代用指标在古气候... 详细信息

洞穴沉积物—石笋已成为研究岩溶区环境气候变化历史的重要载体。在我国湘西地区,某些洞穴石笋原始沉积多为不稳定的文石矿物,极易发生重结晶,可能使石笋中相关化学元素含量最终偏离原生矿物的特征,限制了文石石笋某些代用指标在古气候研究中的应用。文章以前人研究成果为基础,总结梳理了文石石笋发生重结晶的影响因素及其对石笋记录古气候的影响:(1)石笋剖面特征、XRD结果、显微镜观察和地球化学元素特征等可作为石笋发生重结晶的判别依据;(2)洞穴滴水和石笋孔隙水饱和度、文石晶体缺陷和晶体之间的方解石胶结物以及岩溶水体中Mg^(2+)浓度等均会影响文石石笋的矿物转变;(3)在文石向方解石转变过程中,石笋铀含量会有一定程度的流失,可导致放射性铀系定年的异常或年代倒序;(4)矿物重结晶可导致δ^(18)O、δ^(13)C及石笋微量元素浓度(或比值)等指标发生改变,其变化特征因洞穴而异,从而影响其作为环境指示器的可靠性;(5)湖南龙山惹迷洞石笋(RM2)发生了不均一的矿物重结晶,自顶部至20.3 cm以放射状为主,20.3 cm至底部主要为糖粒状,并结合年代结果发现文石重结晶对石笋铀系定年产生了影响,而重结晶作用对该石笋其他指标的影响还有待进一步研究。

关键词：洞穴石笋重结晶古气候铀系定年代用指标

柴达木盆地托素湖不同位置岩芯沉积物指标对比及其环境意义

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湖泊科学 2020年第1期32卷 259-270页

作者：丁宗艳张家武杨盼盼周姗张玉枝兰州大学资源环境学院西部环境教育部重点实验室

湖泊不同位置岩芯沉积物相同代用指标的变化是否一致对于重建可靠的区域气候变化历史至关重要.目前多数研究仅利用深水区单一的沉积岩芯来反演区域的气候环境变化,对于不同位置岩芯重建结果的异同尚缺乏研究.本文选择托素湖不同位置、... 详细信息

湖泊不同位置岩芯沉积物相同代用指标的变化是否一致对于重建可靠的区域气候变化历史至关重要.目前多数研究仅利用深水区单一的沉积岩芯来反演区域的气候环境变化,对于不同位置岩芯重建结果的异同尚缺乏研究.本文选择托素湖不同位置、不同水深的4根短钻岩芯沉积物,在放射性核素(210 Pb和137 Cs)定年的基础上,对比分析各岩芯沉积物粒度、碳酸盐含量等代用指标的变化情况.结果显示,湖泊内相近的沉积岩芯沉积物粒度变化相似,但相距较远的岩芯之间粒度变化差异较大;浅水区的沉积物粒度(粒径或组分含量)在短时间尺度上变化很大,而深水区的沉积环境比较稳定,在百年尺度上的变化不明显;有机质与碳酸盐含量总体变化趋势一致且有较好的相关性,表明碳酸盐可能受到湖泊生产力的影响.碳酸盐含量、碳酸盐氧同位素(δ18 O)和TL06孔孢粉的A/C比值变化基本一致,反映的有效湿度变化与同期气象记录的相对湿度一致,但与降水量和蒸发量的变化不一致.因此,托素湖粒度指标仅指示不同位置钻孔沉积环境状况,与气候变化的关系并不明显,用碳酸盐及其同位素等地球化学指标恢复区域气候变化历史更可靠.

关键词：平均粒径碳酸盐含量有机质代用指标托素湖柴达木盆地

太阳辐射与冰盖/CO^(2)驱动晚上新世暖期中国北方降水

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Science Bulletin 2021年第4期66卷 319-322,M0003页

作者：罗增聂军胜 Annelisa Ehret Moe Richard V.Heermance Carmala Garzione Timothy D.Herbert 王钊李华张蕊赵向明 Ulrich Salzmann Key Laboratory of Western China's Environment System(Ministry of Education) Lanzhou UniversityLanzhou 730000China Center for Excellence in Tibetan Plateau Earth Sciences Chinese Academy of SciencesBeijing 100101China Department of Geological Sciences California State UniversityNorthridge 91330-8266USA Department of Environmental Sciences Rochester Institute of TechnologyRochester 14623USA Department of Earth Environmentaland Planetary SciencesBrown UniversityProvidence 02912USA Department of Chemistry Lanzhou UniversityLanzhou 730000China School of Geography Geomatics and PlanningJiangsu Normal UniversityXuzhou 221116China Department of Geography and Environmental Sciences Northumbria UniversityNewcastle Upon Tyne NE18STUK

理解未来东亚夏季风的变化要求查明地质历史时期中的气候温暖阶段东亚夏季风的变化及驱动机制.黄土高原的风成沉积序列是研究过去东亚季风变化的良好载体,对第四纪期间沉积的记录研究表明东亚夏季风在此期间可能主要受冰盖、CO_(2)和太... 详细信息

理解未来东亚夏季风的变化要求查明地质历史时期中的气候温暖阶段东亚夏季风的变化及驱动机制.黄土高原的风成沉积序列是研究过去东亚季风变化的良好载体,对第四纪期间沉积的记录研究表明东亚夏季风在此期间可能主要受冰盖、CO_(2)和太阳辐射的共同驱动.晚上新世暖期(3.264~3.025 Ma)是距今最近的气候持续温暖时期,然而黄土高原红黏土记录却显示了较弱的轨道周期,与气候模拟结果不一致.为了解决这一矛盾,本文利用一个新的季风降水代用指标,重建了晚上新世暖期东亚季风的降水变化.结果表明东亚季风降水变化在该时期以2万年周期为主,说明太阳辐射是重要的驱动力,加深了我们对东亚夏季风在暖期变化及规律的认识.此外,我们还发现季风降水的4万年周期与南半球冰量的变化呈同相位关系,说明CO_(2)/南极冰盖也可能是驱动中国北方降水的因素.

关键词：太阳辐射南极冰盖暖期气候模拟轨道周期相位关系地质历史时期代用指标

黑碳在开封古城黄泛地层沉积旋回划分中的指示意义

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地理学报 2015年第5期70卷 730-738页

作者：马建华陆静谷蕾刘德新陈彦芳吴朋飞王清利河南大学资源与环境研究所开封475004 教育部人文社科重点研究基地河南大学黄河文明与可持续发展研究中心开封475001

多次黄河泛滥使现今开封城市地面以下叠置数座古城,出现＂城摞城＂奇观。泛滥之后的城市重建等人类活动常常扰动正常的沉积层序,给粒度旋回划分带来巨大困难,因此需要寻找其他代用指标。分别在＂城摞城＂中心区（ZKsz）和郊区（ZKjm）获... 详细信息

多次黄河泛滥使现今开封城市地面以下叠置数座古城,出现＂城摞城＂奇观。泛滥之后的城市重建等人类活动常常扰动正常的沉积层序,给粒度旋回划分带来巨大困难,因此需要寻找其他代用指标。分别在＂城摞城＂中心区（ZKsz）和郊区（ZKjm）获取25 m连续岩芯,以10 cm间隔分样;用激光粒度法结合筛分开展沉积物粒度分析,用Lim法（1996）测定黑碳含量,用小波分析划分沉积旋回。结果表明：ZKjm岩芯的粒度旋回界线大多与黑碳旋回一致,表明黑碳含量可以作为划分沉积旋回的代用指标。ZKsz钻芯深度8.8～23.5 m之间的地层,粒度旋回和黑碳旋回的数量及其界限基本相同;北宋以后地层（深度0.3～8.8 m）的粒度旋回只有2个,而黑碳旋回有7个,表明黑碳含量适用于城市扰动地层的沉积旋回划分。

关键词：黄泛地层沉积旋回黑碳代用指标开封市

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洞穴蝙蝠粪堆积物在古环境研究中的应用

第四纪研究 2020年第4期40卷 1037-1047页

作者：王曦谦高永利王甜莉程鹏臧婧杰 Geary Schindel 李东李云霞谭亮成中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室陕西西安710061 中国科学院大学北京100049 Department of Geological Sciences University of Texas at San AntonioSan Antonio 78249USA 西安加速器质谱中心陕西西安710061 Edwards Aquifer Authority San Antonio 78215USA 湖南师范大学资源与环境科学学院湖南长沙410081 中国科学院第四纪科学与全球变化卓越研究中心陕西西安710061 西安交通大学全球环境变化研究院陕西西安710049

蝙蝠粪堆积物是洞穴沉积物的一种,由蝙蝠排泄后在洞穴底部堆积而成.由于蝙蝠食物来源单一,以洞穴周边动植物为食,动植物受气候变化影响,并通过食物链进入蝙蝠粪,因此蝙蝠粪中包含有丰富的过去环境变化信息,其沉积序列可以用来进行古环... 详细信息

蝙蝠粪堆积物是洞穴沉积物的一种,由蝙蝠排泄后在洞穴底部堆积而成.由于蝙蝠食物来源单一,以洞穴周边动植物为食,动植物受气候变化影响,并通过食物链进入蝙蝠粪,因此蝙蝠粪中包含有丰富的过去环境变化信息,其沉积序列可以用来进行古环境重建.蝙蝠粪在古环境研究中的优点在于蝙蝠粪在热带和亚热带地区沉积速率快,记录的环境信息多样,并可以通过加速器质谱14C定年获得高精度年代,是一种很好的环境记录载体.尽管从20世纪80年代开始,就有学者逐步关注蝙蝠粪研究,但当时各项指标所指示的意义不太明确,研究范围较为局限,随后研究开展得较少,关注度也不高.本文梳理了目前全球蝙蝠粪研究现状,讨论了蝙蝠粪中可以用来重建古环境的各种代用指标及其指示意义;最后,介绍了我们在美国得克萨斯州Devil's Sinkhole蝙蝠粪的初步研究结果,并对这一研究载体的未来发展方向进行展望.

关键词：洞穴蝙蝠粪代用指标古环境古气候 Devil's Sinkhole

基于机器学习方法重建的过去1000年北半球环状模(NAM)指数

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第四纪研究 2021年第3期41卷 702-713页

作者：杨佼效存德丁明虎中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室甘肃兰州730000 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 中国气象科学研究院青藏高原与极地气象科学研究所北京100081

受限于观测资料的短缺,关于北半球主要大气环流模态(Northern Annular Mode,简称NAM)的演变规律和机理还很不明确。运用树轮、冰芯、沉积物等代用指标重建时间序列更长的NAM指数有助于加深对其演变规律和驱动机制的认识。本文通过评估... 详细信息

受限于观测资料的短缺,关于北半球主要大气环流模态(Northern Annular Mode,简称NAM)的演变规律和机理还很不明确。运用树轮、冰芯、沉积物等代用指标重建时间序列更长的NAM指数有助于加深对其演变规律和驱动机制的认识。本文通过评估多种机器学习模型在古气候重建中的适用性,基于PAGES 2k的气候代用指标重建了过去1000年高分辨率(1年)的NAM指数。研究结果表明相比普通线性回归模型和随机森林等模型,Cat Boost、极端随机树和主成分回归模型可以有效地避免过拟合,模型具有更高的稳定性和可靠性,其中Cat Boost模型的重建结果与器测时段内NAM指数的相关系数最高(R=0.93,p<0.01),能够更好地拟合NAM指数的量级和峰谷变化。分析过去1000年NAM指数的变化特征,发现NAM具有显著的百年际周期(167.5年)和多年代际周期(32.3年)波动,1950~2000年NAM由负位相转向正位相的速率在过去1000年中前所未有。进一步探究NAM与温度和海冰的关系发现,1850年之前,暖期对应NAM增强,冷期对应NAM减弱;而在1850年之后NAM的多年代际变化与巴伦支-喀拉海海冰范围的变化趋于一致,1950年之后NAM向正位相快速转变可能是温度和北极海冰异常共同影响的结果。

关键词：北半球环状模(NAM) 重建代用指标机器学习