湖泊沉积物有机碳同位素的古气候指示意义

吴霜

摘要：在全球气候变化研究中，有机碳同位素具有巨大的潜力。湖泊沉积物有机碳同位素因受有机质来源、流域自然环境等多种因素影响，导致其在古气候的解释上存在着多解性。本文整理了国内外一些研究成果，对湖泊沉积物有机碳同位素在古气候方面的应用进行了归纳论述，为利用有机碳同位素恢复古气候提供一定的参考。

关键词：湖泊沉积；有机碳同位素；古气候

1引言

近几十年来，很多学者在利用湖泊沉积物有机碳同位素重建古气候方面取得重要研究成果。但其与古气候之间的关系并未形成统一的认识。本文通过整理国内外一些学者的研究成果，对湖泊沉积物中有机碳同位素在古气候方面的应用进行归纳论述，旨在为利用湖泊沉积物有机碳同位素重建古气候提供一定的参考。

2有机碳同位素的特征

湖泊沉积物有机质来源于湖泊水生植物（包括浮游植物、挺水植物、沉水植物）和陆生植物。陆生植物可分为C3、C4和CAM类型。C3植物δ13C的分布范围为-24～-37‰，C4植物的δ13C分布在-9～-19‰之间，CAM植物的分布范围在-10～-30‰之间。水生植物则相对复杂，挺水植物一般利用大气中的CO2合成有机质，δ13C一般在-24～-30‰之间；漂浮植物如果利用水中的溶解CO2合成有机质，则具有和C3类植物接近的δ13C值，如利用水中HCO3-合成有机质，将导致δ13C偏高；沉水植物合成有机质所需CO2主要来源于大气中CO2及无机碳酸盐的水解，这与湖水的化学性质有关。

3有机碳同位素的古气候指示意义

湖泊沉积物中有机碳同位素作为良好的的环境代用指标，可以判定有机质来源、古植被古气候的变化。由于湖泊沉积物中有机质来源复杂，影响有机碳同位素组成的因素众多，针对不同的研究区，不同的学者得到的结果往往是不一致的[1，6，7]。Nakiai（1972）研究认为有机质的绝对含量与δ13C存在较好的正相关性，在较冷时期，δ13C值偏负；在较温暖时期，δ13C 值偏正[7]。Stuiver（1975）对分布在不同纬度的12个湖泊沉积物有机质13C进行了统计分析，发现有机质13C值具有随纬度的升高而降低的特点。吴敬禄等（1996）对分布在不同纬度的江苏固城湖、江西鄱阳湖、内蒙呼伦湖、贵州草海研究表明，有机质13C值具有随纬度增加而降低的特征，同时也认为δ13C低值对应冷期，δ13C高值对应暖期。一些学者对国内其他一些湖泊的研究也表明，δ13C低值对应冷期，δ13C高值对应暖期。

随着纬度和海拔的升高，由于C4植物的生长受到限制，相对来说，C3植物的贡献较大，加上冷期时湖水硬度大，水生生物主要利用水中HCO3-作碳源，暖期时湖水硬度低，水生生物主要利用水中溶解的大气CO2作碳源，从而导致δ13C值偏正对应冷期，δ13C值偏负对应暖期[3，11]，这与Person 的研究结果一致。吴敬禄等（1996）对若尔盖盆地有机质δ13C研究表明，暖期时δ13C偏负；冷期时δ13C值偏正。吴健及谢远云分别对兴凯湖、江汉平原江陵剖面研究也表明δ13C低值指示气候暖湿，δ13C偏负指示气候冷干。

也有学者研究表明，在干旱半干旱地区，湖泊中的水生植物是有机质的主要来源，有机碳δ13C值的大小并不能反映C3和C4植物的更迭變化，而是湖泊中各种水生植物（沉水植物、挺水植物和浮游植物）所占比例的大小，进而可以指示流域气候的变化，即δ13C偏正表明沉水植物所占比例较大，指示湖泊水体较大，湖泊处于高水位，气候条件较好；δ13C偏负表明挺水植物和浮游植物所占比例较大，指示湖泊水体较小，湖泊处于低水位，气候较干。田庆春等（2016）对可可西里湖泊沉积物有机碳δ13C变化特征研究也表明这一点。

结论：湖泊沉积物有机碳同位素与气候的关系存在着多解性。在利用有机碳同位素进行古气候研究时，首先要查明有机质的来源，在此基础上综合考虑其他控制因素，采用多种环境代用指标（孢粉、硅藻、植硅石等）相互对比、验证，并结合其他记录，才能获得较清晰明确的解释，取得良好的效果。

参考文献

[1] Pearson F J Jr，Coplen T B. Stable isotope studies of lakes[M]//LermanA. Lakes： Chemistry，Geology，Physics.New York： Springer，1978：325-339.

[2]吴敬禄，Andreas Luecke，李世杰等.兴措湖沉积物有机碳及其同位素记录揭示的近代气候与环境[J].海洋地质与第四纪地质，2000， 20（4）：37-42.

[3]吴敬禄，王苏民，沈吉.湖泊沉积物有机质δ13C所揭示的环境气候信息[J].湖泊科学，1996，8（2）：113-118.

[4]李国胜.艾比湖冰消期以来的δ13 C 记录与突变气候事件研究[J].科学通报， 1993 ， 38（22）：2069-2071.

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