过去全球变化信息提取.ppt

第五章:过去全球变化信息提取本章主要内容:植物稳定同位素与气候变化研究;动物体内稳定同位素与全球变化研究;黄土、冰岩芯、碳酸盐研究与全球变化;湖泊沉积研究与气候、环境演化。环境地球化学第1页第一节:树轮研究与气候变化一、树木年轮稳定同位素研究 ,随着近年来开展的全球变化研究的兴起,开始了对树木年轮同位素丰度的研究,它必将成为全球变化研究中的一个重要内容。开展树轮稳定同位素季节性变化的研究,不仅可以获取树轮稳定同位素年际变化的信息和树木生长季内的气候状况,而且,还可以获取大气二氧化碳浓度及环境变化的极有价值的信息资料。它们对于未来的气候变化、生态变化、水圈变化及某些灾害性变化研究都具有重要的理论和实用价值。环境地球化学第2页第一节:,同时又不破坏其原始同位素成分。碳同位素分析使用全纤维素或α纤维素通过充分燃烧提取C02供质谱分析。氧同位素分析常用的方法是高温真空热解,或在加热条件下与HgCl2反应,生成CO2和CO及其它成分。然后,将CO在真空放电器中转化为C02。氢同位素分析首先对进行提取好的纤维素硝化,然后将硝化纤维(硝酸纤维素)与氧化铜混合,在真空条件下800℃燃烧,产生的C02收集后送质谱分析δ13C;H20用铀法处理提取H2,供质谱分析δD。环境地球化学第3页第一节:,如同位素生物分馏机理、分馏系数、分馏模式的研究上。 (1)树木年轮氢同位素研究影响树木中氢同位素丰度的气侯要素主要为降雨量、湿度及树木生长季节的平均温度。植物生物化学作用对氢同位素的影响目前人们试图找出准确的各种植物的生物化学分馏系数。: EB=—δDSW 式中,DCN为植物硝化纤维中的D;Dsw是植物在合成纤维素时所摄取的水的δD值。环境地球化学第4页第一节:树轮研究与气候变化海藻的EB=+50‰--70‰; 水囊EB=0--100‰; 管状植物EB=0--20‰。根据植物生理学研究,管状植物与树木十分相似,所以这一结果也适用于树轮中。-12‰--39‰,White报道美国东部白杉的EB值在-75‰--53‰之间,计算出相应的温度系数为+‰℃-1。-‰±‰℃-1和-‰±‰℃-1。上述研究成果表明:EB值随植物种类的不同而有很大的差别。因此在采集样本时,除了对采样点进行选择外,对树种也要做相当严格的选择。环境地球化学第5页第一节:树轮研究与气候变化植物内部氢同位素成分与周围环境水中的氢同位素之间的关系 ,得到一个统计关系式: =-11 湿度对该关系式也有很大影响。不同的植物种类以及在不同湿度条件下生长的植物,其叶片水中的D值都有很大的变化。同样,在某些情况下,用于分析的水并不能真正代表树木在生长时它从周围环境所吸收的水分。为此他们定义分馏系数α为: α=(1十10-)/(1十10-3δDW) 由此,得到一个植物与周围环境湿度(h)之间的线性关系式; α=- 进而他们指出:值的变化起决定性的作用。环境地球化学第6页第一节:树轮研究与气候变化δD和环境温度的关系δD与年平均温度有关,两者之间存在线性关系。与年平均温度T之间的关系: =(±2)T-(155‰±5‰) =(13±1)T-(156‰±4‰) =(15±2)T-(165‰±8‰) Ramesh研究了印度某地的银杉后,得到关系式:δD=-(153±11)-(±)r十(±)Tmax r为生长季节总降雨量。消去常数项后得: δD=-(±)r十(±)Tmax 式中,‰℃±‰℃-1,这与前面的结果十分吻合,他认为Tmax比T更能说明δD的变化。可计算出大气降水中的δD,进而还可以算出决定降水中δD的变化因素——大气温度。但必须指出的是,并没有一个统一的温度系数可供所有的地区及所有的树种使用。环境地球化学第7页第一节:树轮研究与气候变化(2)氧同位素研究δ180主要是受树木生长环境中湿度的影响。氧同位素研究中,首先需要解决的问题是生物化学分馏问题。定义生物化学分馏系数αB为: αB=(1十10-)/(1十10-3δ18Ow) 其中,代表植物硝化纤维中的δ18O值,δ18Ow值是指植物所吸取的水源中的δ18O值。