论文摘要
基于碳酸根中13C-18O键的相对丰度与温度的关系,碳酸盐团簇同位素组成(Δ47)具有独特的温度指示能力,而且不受碳酸盐沉淀时流体组成的影响,是古气候古环境研究中最具潜力的温度代用指标之一。然而,目前人们对Δ47的特征和其与氧同位素(δ18O)分馏关系的了解十分有限,对于生物碳酸盐（如蜗牛壳体和珊瑚骨骼）Δ47特征以及“生命效应”而导致的非平衡分馏的认识也相当不足。理解这些分馏特征及其机制有利于更好地应用该指标解决与温度相关的地球科学问题。为此,本论文系统地综述了碳酸盐团簇同位素体系的基本原理、分析方法和应用进展。在此基础上,我们通过自主搭建CO2提取纯化系统和开发同位素比值质谱（253 Plus）分析流程,建立了碳酸盐Δ47的分析方法。利用气体标准标定碳酸盐的Δ47值,碳酸盐标样测量值的长期重现性达到了国际先进水平。我们在25°C和90°C条件下进行了生物碳酸盐的蚀变实验,测试了蚀变后碳酸盐的δ13C、δ18O和Δ47同位素组成以探讨其动力学分馏特征。结果表明,在溶液中珊瑚骨骼的文石向方解石转化过程中,碳酸根离子Δ47分馏的速率远低于δ18O。这使得转化后的方解石保持着原始文石的团簇同位素信息,而18O则与溶液发生显著的同位素交换。因此,相比氧同位素温度计,团簇同位素温度计在蚀变碳酸盐上的应用可能更加可靠。我们分析了我国代表性季风气候区域的陆生蜗牛全壳体的Δ47。通过与器测环境温度比对,发现壳体Δ47值反映了蜗牛生长时期的平均体温,而与年均气温之间没有显著相关性。壳体Δ47值很可能受蜗牛生理学或行为学的影响而无法记录极端环境温度。结合氧同位素温度计和模型计算,我们认为在大气相对湿度较高时（90%）,由Δ47温度推导的蜗牛体液δ18O能更有效地指示降雨的δ18O,因此,蜗牛壳体的团簇同位素在重建陆地古降水研究中有潜在的应用价值。我们分析了南海滨珊瑚骨骼Δ47在不同时间尺度上的变化特征,结果表明,与无机成因碳酸盐相比,珊瑚Δ47值明显受生命效应的影响,呈现出显著偏正的特征,但与表层海水温度有显著的线性关系,因此具有指示海水温度的应用潜能。珊瑚个体间和个体内部的对比结果表明,在年际尺度上,珊瑚的Δ47值受珊瑚个体间或个体内部差异的影响并不显著。然而,在季节尺度上,珊瑚个体内部同时期不同生长部位的Δ47偏正程度存在明显差异,同时伴随着δ13C的显著差异。对此,我们认为珊瑚新陈代谢产生的CO2参与钙化时可能影响了其骨骼中Δ47偏离了平衡分馏状态。
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摘要abstract第1章 绪论 1.1 碳酸盐——古气候研究的重要载体 1.2 常用的气候环境代用指标 1.2.1 氧同位素温度计 1.2.2 其他古温度计 1.3 团簇同位素 1.3.1 同位素与同位素体 1.3.2 团簇同位素的量化指标——Δ值 1.4 碳酸盐团簇同位素温度计 1.4.1 团簇同位素的温度效应 1.4.2 碳酸盐酸解与团簇同位素分馏 1.4.3 团簇同位素温度计精度 1.4.4 碳酸盐团簇同位素温度校正曲线争议 1.5 本论文研究拟解决的科学问题 1.6 完成的工作量第2章 碳酸盐团簇同位素分析方法的建立 2.1 导言 2.2 分析方法 2.2.1 气体制备 2.2.2 气体纯化 2.2.3 质谱分析 2.3 数据处理与标准化 2.4 气体标准测试结果 2.5 碳酸盐标准测试结果47测试因素评估'> 2.6 影响Δ47测试因素评估 2.6.1 气体污染 2.6.2 碳酸盐前处理 2.6.3 样品量 2.6.4 磷酸密度 2.7 小结第3章 文石向方解石转化中团簇同位素和氧同位素动力学分馏 3.1 导言 3.2 材料与方法 3.2.1 实验材料 3.2.2 转化实验 3.2.3 矿物学观察 3.2.4 碳酸盐的同位素组成分析 3.2.5 溶液氧同位素组成分析 3.3 结果 3.4 讨论 3.4.1 文石-方解石转化的控制因素 3.4.2 碳同位素变化的解释 3.4.3 氧同位素非平衡分馏18O动力学分馏'> 3.4.3.1 受转化速率影响的δ18O动力学分馏18O动力学分馏'> 3.4.3.2 受盐离子影响的δ18O动力学分馏 3.4.4 团簇同位素非平衡分馏47 值变化的可能原因'> 3.4.4.1 Δ47值变化的可能原因13C-18O键重排与DIC溶液18O交换之间的动力学差异'> 3.4.4.213C-18O键重排与DIC溶液18O交换之间的动力学差异 3.5 小结第4章 蜗牛壳体团簇同位素气候环境意义 4.1 导言 4.2 材料与方法 4.2.1 研究地区气候背景与器测记录 4.2.2 蜗牛样品采集和前处理 4.2.3 陆生蜗牛的生活习性 4.2.4 壳体碳酸盐的同位素分析 4.3 结果 4.3.1 蜗牛壳体碳氧同位素组成 4.3.2 蜗牛壳体团簇同位素组成 4.4 讨论 4.4.1 蜗牛壳体团簇同位素组成与温度指示意义47-T校正曲线'> 4.4.1.1 Δ47-T校正曲线 4.4.1.2 陆生蜗牛壳体钙化过程中团簇同位素分馏 4.4.1.3 胁迫环境下蜗牛体温的调节47的前人研究对比分析'> 4.4.2 陆生蜗牛壳体Δ47的前人研究对比分析18O与雨水δ18O的关系'> 4.4.3 蜗牛体液δ18O与雨水δ18O的关系 4.5 小结第5章 现代滨珊瑚团簇同位素特征与生命效应解析 5.1 导言 5.2 材料与方法 5.2.1 珊瑚样品与前处理 5.2.2 同位素分析 5.2.3 环境器测记录 5.2.4 时间序列的建立 5.2.5 同位素平衡值预测 5.3 结果 5.4 讨论47的异常偏正分馏'> 5.4.1 Porites珊瑚Δ47的异常偏正分馏47的生命效应解析'> 5.4.2 Porites珊瑚Δ47的生命效应解析 5.4.2.1 钙化流体的pH 5.4.2.2 生长速率2 扩散、水合化/羟基化反应的动力学效应'> 5.4.2.3 CO2扩散、水合化/羟基化反应的动力学效应2导致的动力学分馏'> 5.4.2.4 新陈代谢CO2导致的动力学分馏 5.5 小结第6章 总结与未来研究展望参考文献附录 加热气体同位素数据 水平衡气体同位素数据 碳酸盐标准同位素数据 碳酸盐样品同位素数据致谢作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
文章来源
类型: 博士论文
作者: 郭炀锐
导师: 韦刚健,邓文峰
关键词: 团簇同位素,碳同位素,氧同位素,陆生蜗牛,滨珊瑚,非平衡分馏,效应,生长速率,生命效应,新陈代谢
来源: 中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所)
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 地质学
单位: 中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所)
分类号: P597
总页数: 199
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标签：团簇同位素论文; 碳同位素论文; 氧同位素论文; 陆生蜗牛论文; 滨珊瑚论文; 非平衡分馏论文; 效应论文; 生长速率论文; 生命效应论文; 新陈代谢论文;
