沉积地球化学在古气候研究中的应用

汪阳飞

(成都理工大学地球科学学院 四川 成都 610059)

沉积地球化学在古气候研究中的应用

汪阳飞

(成都理工大学地球科学学院 四川 成都 610059)

沉积地球化学是以沉积物和沉积岩为对象、研究其在沉积-成岩过程中所含元素及同位素迁移、聚集与分布规律的一门科学。其中元素地球化学、同位素地球化学、有机地球化学是在研究古气候时常运用到沉积地球化学方法，研究古气候可以以古鉴今，通过先前时代气候的变化来预测未来气候变化的趋势，对环境气候保护也有一定的指导意义。

古气候；沉积地球化学；碳酸盐矿物

地质学上，古气候指地质时期气候。古气候的研究，对于地层划分和对比，地壳演化研究以及矿产资源成因和探测都有指导意义，也对于了解气候变迁、现代气候的形成、自然地理环境的演变与保护有重要作用。随着工业经济的发展，人类生存的环境也来越严峻，生态被破坏，气候也越来越差，保护人类赖以生存的气候环境迫在眉睫，所以研究古气候是必须实施下去的。在研究古气候时，地球化学是目前最广用的手段，其中沉积地球化学是最新也是相对于最准确的研究方法。有机地球化学、同位素地球化学、元素地球化学则是沉积地球化学在研究古气候中应用最多的三种技术方法。

一、有机地球化学在古气候研究中的应用

有机地球化学是地球化学的一个分支。研究地质体中有机质的组成、结构、起源和演化的学科。在有机地球化学研究过程中，基于沉积岩有机质的丰度与演化不仅与埋藏史、地热演化史有关，而且受对沉积环境认知的制约。根据气候、环境、水介质条件与原始生油母质的关系，可以探讨不同沉积环境的有机质特征并可以提供某些与原始沉积环境有关的有机地化指标，而且由于某些化合物的埋藏演化中的相对稳定性，还可以根据它们与现代生物有机组成的关于推断有机质原始堆积条件。

通过研究沉积物岩芯中有机碳分布与古气候关系,可以得出有机碳含量的低值与较寒冷气候相对应。据柴达木盆地察尔汗盐湖钻孔岩芯沉积物有机碳含量变化,对73万年来的沉积岩芯划分出21个有机碳沉积阶段,其中有机碳含量奇数阶段代表相对温湿的气候环境;偶数阶代表相对干冷的气候，如此就可以推断出柴达木盆地大致的冷热交替顺序[1]。

二、同位素地球化学在古气候研究中的应用

同位素地球化学已成为地球化学中一门独立的分支。在沉积学领域中，同位素地质学已成为追索物源、探讨沉积一成岩环境的重要方法。目前应用较多的是利用氧、硫、锶、碳的稳定同位素的分馏特点研究沉积物来源、古水温与古盐度、氧化还原条件、沉积旋回性质、确定海岸线位置和海平面升降，利用硫同位素分馏特点分析与沉积环境关系密切的开放与封闭系统等。

图1 δ18O含量变化与温度异常大小的变化

肖恩·马考特[2](Shaun Marcott)采取Dongge Cave(董哥洞)洞穴堆积物，对同位素δ18O含量进行研究，发现在10000aB.P一7000aB.P，δ18O含量整体处于上升阶段，代表这段时间董哥洞所位于地区所受到的夏季季风强度相对高，进而说明温度异常大。从7000aB.P至工业革命左右，δ18O含量整体处于下降阶段，代表这段时间所受到的夏季季风强度相对低，进而说明温度异常较小。从工业革命一直到现金δ18O整体含量相对的又有较大的上升，说明这段时间夏季季风强度相对提升较大，说明近代温度异常大。具体变化曲线见图1。

三、元素地球化学在古气候研究中的应用

元素地球化学包括常量元素、微量元素、稀有元素和分散元素的地球化学。对沉积岩无机地球化学的研究主要集中在常亮元素和微量元素地球化学方面，利用岩石微量元素特征研究沉积岩形成的古地理环境和成岩作用环境，已成为沉积地球化学的一个重要方面。

盐湖不同沉积阶段中粘土的某些化学成分也存在差异,Mgo在成盐阶段含量明显较多,而Sio2、Al2o3含量减少[3]。故Al2o3/Mgo值可作为环境变化的一种指标,其大值与碎屑沉积为主的沉积相对应,表明湖水相对淡化时期;其小值与蒸发盐沉积为主的沉积层相对应,表明为相对咸化时期,

除去以上三种技术方法外，通过鉴定沉积物中的碳酸盐矿物也是一个判断古气候的方法[4]。沉积物中以伊利石矿物占优势时,认为是干早气候条件下的粘土矿物组合特征。厚层石盐、含砂石盐、光卤石和钾石盐等为炎热干旱气候条件下的产物;而芒硝、泻利盐、苏打、镁硼盐和软钾镁矾等为干寒冷件下的产物。

四、结论

研究古气候的方法众多，但要精细到研究几万年来气候的变化，沉积地球化学方法无疑是最可靠的方法。尤其是如今在冰芯(一种记录气候的介质)研究的大热下，沉积地球化学将作为最重要的研究的手段，以便为人类对不同时期的大气气溶胶、沙漠演化、植被演替、生物活动、大气环流强度、火山活动等展开更为精确具体的研究。这将极大地丰富了气候与环境变化的研究内容，更革新了人类关于地球系统演化及其重要机制的一些观点。

另一方面，目前全球气候面临着一个严峻的形势。全球气候变暖，臭氧层空洞，酸雨危害，生物多样性锐减，荒漠化加剧等问题引起了全世界的重视。为了预测未来的气候变化，则需要对古气候有一个清晰的认识。我们在研究古气候的时候应该去找寻更精准，更便捷的方法，再同时与沉积地球化学方法相结合，更准确的研究古气候问题。

[1]黄麒,陈克造.七十三万年来柴达木盆地察尔汗盐湖古气候波动的形式[J].第四纪研究,1990(3).

[2]陈涛,王欢等.粘土矿物对古气候指示作用浅析[J].岩石矿物学杂志,2003,22(4).

[3]余素华,文启忠.新疆地区第四纪沉积物中碳酸盐的地球化学与古气候关系[J].环境地球化学与健康,1990.

[4]Zhenyu Liu,Jiang Zhu,et al.The Holocene temperature conundrum[J].Proceedings of the National Academy of Sciences,2014.

汪阳飞(1991.1-)，男，汉族，湖北，成都理工大学，硕士研究生，研究方向：构造地质和变质岩。