哺乳动物化石牙齿釉质的碳、氧同位素组成与古气候重建方面的研究进展

哺乳动物化石牙齿釉质能有效地抵抗成岩作用的影响,并保存原始的碳、氧稳定同位素组成信息。通过对食草类哺乳动物化石牙齿釉质同位素组成的分析可以重建这些动物生存时代的古气候。釉质碳酸盐的碳同位素组成响应于取食植物的碳同位素组成,藉此可以恢复陆地生态系统中C3和C4植物的分布比例,这个比例主要受控于大气的CO2水平、气压和光照等因素,与不同的纬度带和气候带有关;釉质磷酸盐的氧同位素组成响应于饮用水的氧同位素组成,饮用水来源于大气降水,其氧同位素组成响应于温度变化,所以釉质的氧同位素组成与气温之间有显著的线性相关,藉此可以计算地史时期的年平均温度、绘制气候的冷暖变化曲线。     

小哺乳动物化石牙齿釉质碳、氧同位素测试方法简介及应用前景

探讨古环境和古气候变化与哺乳动物演化之间的关系是目前古生物学研究领域中的一个热点,而哺乳动物化石牙齿釉质的碳、氧同位素分析是恢复古环境和古气候的一个重要手段。以往的哺乳动物化石牙齿釉质稳定同位素分析多集中在大哺乳动物化石,这主要是受到技术手段的限制,所需的样品量较大所决定的。但最近几年随着激光和离子显微探针技术的应用,对小哺乳动物化石(如啮齿类和兔形类)的牙齿釉质碳、氧同位素的分析和应用日趋成熟和广泛。除了传统的化学处理方法之外,对小哺乳动物化石牙齿釉质碳、氧同位素的分析还有以下三种方法:1)激光剥蚀气相色谱/同位素比值质谱分析;2)直接激光氟化技术;3)离子显微探针技术(SHRIMPII)。这些技术需要的样品量少,对标本的破损小,准确度和精密度高,所以在小哺乳动物化石和一些珍贵标本(如古人类化石)的稳定同位素分析中起到了重要作用。相对于大哺乳动物化石,小哺乳动物化石数量多、演化速度快,更能反映多个层位长时间序列的古环境和气候变化;而且小哺乳动物通常没有长距离迁徙的行为,栖息地局限,所以更能准确反映化石埋藏地点的古环境和气候状况。     

牙齿化石吐露气候变化的秘密

图１生活在北美中新世自然环境中的马群,植被正由干旱类型向湿润类型转化一般人都会感觉到不同的年份之间气候条件会有变化,而更长周期的气候变化在自然界也明显存在。对大多数人来说,都更关心今后气候变化的趋势。但是,过去是未来的一面镜子,要能做到准确地预测未来的情况,我们必须了解气候的历史变化过程。对于地质学家和古生物学家来说,地质历史时期的全球环境变化是目前一个极为重要的研究领域,许多的手段都得到运用,但人们总是不满足的,因为需要得到更高精度的研究结果。古生物学家通常利用化石群的组合特征来判断过去时代的…     

沉积物单/多壳体底栖有孔虫稳定氧碳同位素组成、比较及其指示意义

提要底栖有孔虫壳体稳定氧碳同位素在古海洋学研究中发挥了重要作用,获得可靠的稳定氧碳同位素数据是研究的关键。但同位素数据的精度通常受有孔虫属种个体差异的影响,用多少壳体进行测试可忽略个体差异带来的影响是个值得研究的问题。本研究对位于葡萄牙岸外的IODP U1391站位顶部～10 m岩心的多个沉积物样品中的底栖有孔虫Uvigerina mediterranea,Cibicidoides pachyderma,Cibicidoides wuellerstorfi和Uvigerina peregrina parva进行单个和多个壳体的稳定氧碳同位素测试。测试结果显示,U. mediterranea个体间δ¹³C差异高达0.74‰,而δ¹⁸O相对稳定,差异不超过0.26‰。C. pachyderma和C. wuellerstorfi则与之相反,两属种的个体间δ¹³C差异分别不超过0.20‰和0.23‰,而个体间δ¹⁸O差异分别高达0.76‰和0.60‰。生命效应、微生境异质性和底层水环境变化可能是造成个体差异...     

南京地区近二十年来雪松树轮的稳定碳同位素与气候重建

对采自南京太平门的雪松（Ｃｅｄｒｕｓ ｄｅｏｄａｒａ （Ｒｏｘｂ．）Ｌｏｕｄ．）树轮α－纤维素的δ＾１３Ｃ与气候各要素的回归方程,并进行了气候重建,重建值与观测值吻合较好,表明南京地区树轮α－纤维素稳定碳同位素与５～７月平均降雨量及５～９月平均气温显著相关,重δ＾１３Ｃ对应于５～７月的少雨和５～９月的高温,轻δ＾１３Ｃ对应于５～７月的多雨和５～９月的低温,在一定程度上反映了东亚季风盛行区树木生长与     

荒漠植物梭梭稳定碳同位素组成与环境因子的关系

以广泛分布于新疆荒漠地区的建群种植物——梭梭(Haloxylon ammodendron)为研究对象,通过对23个样地101份梭梭同化枝样品δ~(13)C值的测定,分析了梭梭稳定碳同位素组成的变化特征及其与环境因子(海拔、日照时数、潜在蒸散量、年平均降水量和年平均温度)的关系,并讨论了不同生境下梭梭同化枝δ~(13)C值的变化特征。研究结果显示:(1)梭梭同化枝δ~(13)C平均值为-14.15‰,其在95%置信区间的变化范围为-13.14‰—-15.38‰,表明梭梭是C_4光合途径的植物。(2)梭梭同化枝δ~(13)C值与年平均降水量和年平均温度呈显著负相关关系,而与日照时数、潜在蒸散量和海拔呈显著正相关关系。我们推测梭梭同化枝δ~(13)C值对各环境因子响应趋势的不同,可能是由气孔限制因素造成的,它是梭梭适应干旱荒漠环境的一种策略。(3)在不同生境下,梭梭同化枝的碳同位素组成存在显著差异。当梭梭群落中的主要伴生种为白刺、红砂时,其δ~(13)C值最高,当主要伴生种为沙拐枣和假木贼时,其δ~(13)C值最低。在灰漠土与灰棕漠土样地中的梭梭δ~(13)C值高于棕钙土、风沙土、石质土样地;盆地中梭梭同化枝δ~(13)C值低于平原、山地、丘陵地形条件下的样地。以上结果表明:梭梭水分利用效率在不同环境梯度和生境中,存在着显著不同,表现出显著的适应策略差异。     

中国大阳岔寒武-奥陶系界线地层碳酸盐岩碳、氧同位素及其与牙形类演化序列相关性

采自吉林省太阳岔小羊桥寒武－奥陶系界线层型剖面１０１块泥晶灰岩的碳、氧稳定同位素分析数据表明：寒武－奥陶纪转换期间,δ１３Ｃ值曾发生了５次涨落现象,这些现象与牙形类演化序列具密切的相关性。它们被命名如下：１）ＰＣＭ低谷;２）ＴＣＭ低谷;３）ＨＳＳ峰;４）ＣＰＦ涨落,５）ＣＬＦ涨落。相同的涨落在澳大利亚黑山同期地层得到确认。碳同位素跨洲性同步涨落显然与全球环境变化有关,因此它是寒武－奥陶系界线地层洲际对比的一种有用工具。沉积岩石学和古生物学研究表明,δ１３Ｃ谷区与海平面低位和生物生产量下降有重要相关性。氧同位素值的分布区间为－９．８４％０—－６．６９‰,呈明显亏损现象,这种亏损现象表明样品均受到成岩作用影响。与碳同位素值对比研究发现,氧同位素值涨落与碳同位素涨落成正相关,或成负相关现象,这种相关性表明氧同位素原始信息并没有因成岩作用而全部丢失。     

干旱、半干旱区土壤蚯蚓稳定性碳同位素组成与轮作模式的关系

对10个不同耕地生境中蚯蚓(Lumbricus terrestris)的稳定性碳同位素进行了分析,研究了豫西洛阳干旱、半干旱地区土地轮作模式和耕作历史。结果表明,耕地表层土壤(0～30cm)中蚯蚓的δ13C介于-18.3‰和-25.6‰之间,变化幅度较大。经稳定性同位素质量平衡模式计算,10个生境中蚯蚓取食C3作物的比例在40.1%和99.4%之间波动,蚯蚓的取食生态受到土地上C3/C4作物轮作模式的影响。C4作物轮作频率与蚯蚓稳定性碳同位素比值之间呈正相关。土壤动物的稳定性碳同位素比值可较客观地反映出耕作制度和轮作模式。     

水分条件对红砂叶片碳同位素组成与光合特性和分枝生长的影响

在盆栽条件下,研究了不同水分处理对红砂(Reaumuria soongorica)叶碳同位素组成、光合特性和分枝生长的影响,并进一步调查了自然条件下不同退化程度红砂草地的土壤含水量,分枝生长、叶碳同位素及其关系。结果表明:(1)在盆栽条件下,随土壤含水量的降低,红砂当年生分枝生物量、一级分枝长、二级分枝数及其叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均显著减小,而叶片碳同位素组成(δ~(13) C)和水分利用效率则随土壤含水量降低而显著增加;且叶片δ~(13) C与当年生分枝生物量、一级分枝长、二级分枝数、叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率呈显著负相关关系。(2)在田间自然条件下,红砂叶片δ~(13) C与立地30~60cm及60~100cm土层的土壤含水量、单位冠幅面积生物量、单位冠幅面积分枝数呈显著负相关关系。研究认为,在盆栽和田间条件下,红砂叶片δ~(13) C是指示其生境水分状况的良好指标;红砂主要利用土壤的深层水分,其在土壤含水量相对较低的轻度退化区水分利用效率比土壤含水量相对较高的重度退化区更高。这一结论对于理解干旱生境中红砂的水分利用策略以及红砂草地的管理和恢复具有一定的指导意义。     

C3植物稳定碳同位素组成与盐分的关系

植物在盐生环境中δ13C值的改变可能包含两个成分:一个是盐分对CO2的扩散、传递或光合速率的影响而引起的δ13C值的改变;另一个是光合途径的转换引起的δ13C值的变化,δ13C值的大小与诱导发生CAM或C4代谢的程度有关.植物组织的δ13C值随盐度的变化趋势除了与植物本身固有的耐盐性有关以外,盐度和胁迫时间是影响植物δ13C的重要因素.根据盐生条件下同位素分馏特点可知,盐生植物与非盐生植物的δ13C随盐度的变化趋势有所不同.对非盐生植物而言,在低盐度和短期的盐处理下,随盐度的增加和胁迫时间的延长植物的δ13C值增大,这个阶段限制光合作用的主要因素是气孔导度;但是如果盐度过低,δ13C变化很小,则难以表现出应有的相关性;随着胁迫的加强,当限制光合作用的非气孔因素成为主导因素时,由于光合作用受到强烈抑制(光合结构遭到破坏),δ13C将随之降低.对盐生植物而言,其δ13C与最适盐度有关.最适盐度下,植物的δ13C低于其它盐度条件下的δ13C值.盐生条件下,有些C3植物可能发生光合途径的转换,无论诱导发生的是C4代谢还是CAM代谢,δ13C值均趋于增大.但是,一般情况下,盐处理诱导的光合途径的改变对植物组织整体的δ13C的影响很小.在密闭环境中或郁闭林地,植物和土壤呼吸释放的CO2再次参与光合作用,也会改变植物的δ13C值.为了更加全面地考察植物δ13C与盐度的关系,需要设置较大的盐度范围和进行长期的胁迫处理,才能够获得相对充分的数据,才有利于全面分析植物δ13C值与耐盐性的关系.     

中国大阳岔寒武-奥陶系界线地层碳酸盐岩碳、氧同位素及其与牙形类演化序列相关性

采自吉林省太阳岔小羊桥寒武－奥陶系界线层型剖面１０１块泥晶灰岩的碳、氧稳定同位素分析数据表明：寒武－奥陶纪转换期间，δ１３Ｃ值曾发生了５次涨落现象，这些现象与牙形类演化序列具密切的相关性。它们被命名如下：１）ＰＣＭ低谷；２）ＴＣＭ低谷；３）ＨＳＳ峰；４）ＣＰＦ涨落，５）ＣＬＦ涨落。相同的涨落在澳大利亚黑山同期地层得到确认。碳同位素跨洲性同步涨落显然与全球环境变化有关，因此它是寒武－奥陶系界线地层洲际对比的一种有用工具。沉积岩石学和古生物学研究表明，δ１３Ｃ谷区与海平面低位和生物生产量下降有重要相关性。氧同位素值的分布区间为－９．８４％０—－６．６９‰，呈明显亏损现象，这种亏损现象表明样品均受到成岩作用影响。与碳同位素值对比研究发现，氧同位素值涨落与碳同位素涨落成正相关，或成负相关现象，这种相关性表明氧同位素原始信息并没有因成岩作用而全部丢失。