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        亞洲季風區洞穴生物三氧同位素的變化揭示了過去300年的水分來源

        更新時間:2023-12-21      點擊次數:268



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        摘要

        水分來源的表征對于理解水文氣候過程至關重要。然而,記錄過去的大氣水分含量及其來源仍然具有挑戰性,部分原因是水分追蹤代用物不足。本文展示了亞洲季風區21個洞穴中的三氧同位素組成,來研究過去300年來東亞的空間水分來源差異。我們的數據表明在洞穴形成過程中存在同位素平衡分餾,因此從洞穴中重建的母水17O異常(Δ'17O) 值保留了有關水分起源和跨空間循環的信息。值得注意的是,洞穴沉積物Δ'17O記錄具有明顯的地理分布特征,中東部和華南地區值較低,西北和華北地區值較高,長江流域地區值較高。這種空間格局強調了受區域水文循環調節的不同水分源的不同影響,并證明了洞穴植物Δ'17O在重建空間尺度水分循環中的潛在作用。


        研究目標

        利用亞洲夏季風區21個洞穴中石筍的三氧同位素組成,來研究過去300年東亞區域水分來源的差異。


        研究方法

        本文主要采用的方法和技術包括:石筍三氧同位素分析;230Th定年;反演Parent水三氧同位素;空間插值分析等。這些技術揭示了不同區域石筍三氧同位素的變化模式,反映了區域尺度水分循環的差異。

        主要研究方法:

        (1) 從亞洲夏季風區21個洞穴中收集石筍樣品。

        (2) 利用Pt催化平衡法測量石筍碳酸鹽的δ18O、δ17O 和 Δ'17O。

        (3) 用230Th方法確定石筍的形成年代。

        (4) 根據碳酸鹽-水體系的氧同位素分餾關系,反演得到parent水的δ18O和Δ′17O。

        主要實驗結果:

        (1)石筍Δ'17O值范圍為-78至-56per meg,空間分布呈“四極"模式。

        (2)反演的parent水Δ'17O值平均約為20±7 per meg。

        (3)不同區域的Δ'17O值反映了各自的水分來源和大氣環流差異。


        Picarro儀器的使用

        使用Picarro L2140-i測量水樣的δ18O和δ17O值,提供了參照數據。研究人員從亞洲夏季風區21個洞穴中獲取石筍樣品,為離散采樣與測量。




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        上圖比較了水樣和石筍樣本的δ18O與Δ'17O值, 說明石筍保留了降水的信號。其具體內容和對研究意義:

        1. 上圖通過δ18O與Δ'17O的關系比較了兩類樣本:I組為降水和石筍反演的Parent水,II組為石筍碳酸鹽。

        2. 可以看到Parent水的δ18O和Δ'17O值接近現代降水的范圍。

        3. 石筍碳酸鹽的δ18O值較高(27-36‰),Δ'17O值較低(-79到-56 per meg)。

        4. 這說明在石筍形成過程中,氧同位素發生了平衡分餾。

        5. 石筍Δ'17O值與δ18O值之間保持著一定的關系(上圖),符合Δ'17O反映氣候因素的特征。

        6. 通過碳酸鹽-水體系的氧同位素分餾關系,可以反演出石筍形成時Parent水的Δ'17O。

        7. Parent水Δ'17O值與現代降水相似,說明石筍Δ'17O可以反映降水信號。

        8. 因此,上圖驗證了石筍Δ'17O記錄可以反映不同區域的水分來源和大氣環流差異,是該研究的基礎。

        綜上,上圖通過與現代降水的比較,驗證了石筍Δ'17O的氣候代表性,為后續利用石筍Δ'17O推斷區域性水分變化奠定了基礎。


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