环境地球化学（中科院） 过去信息提取1 (NXPowerLite).ppt

第四章 地球化学与过去全球变化信息提取;科学的实践观告诉我们，只有掌握过去环境变化历史，才能真正了解现在，只有掌握了过去和现在，才能预测环境的未来。过去全球历史演变有地质和地球化学的记录，提取这些记录揭示其对地球未来的意义，并为评价现今的环境提供对照的基准。IGBP自1988年建立并开展工作以来，调动世界各国科学家开展多学科的国际协作，研究过去全球变化的海洋记录和陆地记录，系统研究15万年以来全球环境变化的地质地球化学记录，特别加强研究2000a以来的地球历史，以重建过去2000a全球气候和环境变化的详细历史（时间分辨率应达到1a）。在对过去历史的研究中，树轮、湖泊沉积物、海洋沉积物、冰岩芯、黄土剖面、古土壤、沉积岩层、孢粉及火山灰等可以提供丰富的环境演变信息。;地球化学为提取历史信息提供了必不可少的理论基础和手段。稳定同位素分馏理论确定了自然档案的δ18O、δ13C、δD等指标可以作为古气候、古温度及古环境演化的见证；同位素年代学的应用可以直接测定自然档案的绝对年龄，为历史演变研究建立时间坐标；主量元素和微量元素的分布、分配、存在形式以及表生地球化学行为是古环境的灵敏指示剂。 ;第一节 树轮研究与气候变化;研究表明，在重建数百年至数千年的历史气候工作中，树轮具有很大的优越性。因为它有很高的时间分辨率（一年或更短）。同时，同位素数值与主要的气候参数，如温度、湿度及大气降水有密切的关系。 我国稳定同位素研究刚刚起步，目前中国科学院黄土与第四纪地质实验室、中国科学院地球化学研究所等单位已进行了该方面的研究。 ;2 实验技术 目前，稳定同位素碳、氢、氧分析方法都已经成熟，并能达到相当高的精度，足以保证测量出自然因素引起的同位素组成的变化。就树木年轮同位素分析而言，关键问题是如何可靠地从树木中分离出适合质谱分析的样品，同时又不破坏其原始同位素成分。 ;树木的化学组成为：纤维素占50％，木质素占30％，半纤维素占15％，树脂和树蜡约占5％。目前研究结果证实，纤维素能稳定地保留树木生长期间的同位素成分，其后不发生同位素变化。树脂和树蜡具有一定的流动性，干扰同位素的测定。在提取供分析用的纤维素时，应十分注意避免溶剂对试样中同位素发生影响，引起同位素分馏。;3 树木年轮同位素理论研究 目前树木稳定同位素的研究主要集中于同位素基础理论，如同位素生物分馏机理、分馏系数、分馏模式的研究上，尽管这方面所存在的问题还未得到完全解决，但已经累积了可观的实验数据和资料。并且证明了树木同位素丰度变化与一些重要的气候参数及环境条件诸如温度、湿度、降水、大气CO2浓度等存在着某种函数关系。现将简况分述如下： ;① 树木年轮氢同位素研究 对植物生理的研究及大量的同位素的实验表明，严重影响树木中氢同位素丰度的气候要素主要为降雨量、湿度及树木生长季节的平均温度。 在树木氢同位素的研究中，首先遇到的问题是植物生物化学作用对氢同位素的影响，人们力求找出准确的各种植物的生物化学分馏系数。DeNiro在研究中定义生物化学分馏系数为EB，则 EB＝δDCN－δDSW ;其中δDCN为植物硝化纤维中的δD，δDSW是植物在合成纤维素时所摄取的水的δD值。 海藻其EB＝+50‰～-70‰；水囊EB＝0～-100‰；管状植物EB ＝0～-20‰。同时通过测定控制生长条件的管状植物中水温对EB 的影响，得到的 EB＝-4～+75‰，相应的温度系数为+4‰℃－1～-5‰℃－1。 根据植物生理学研究，管状植物与树木十分相似，所以这一结果也适用于树轮中。;Yapp和Epstein报道了水生植物EB 值在-12－-39‰，White报道美国东部白杉的EB值在-75－-53‰之间，计算出相应的温度系数为+1.6‰℃－1。Stratten报道的小麦和玉米的温度系数分别为-1.39±0.35 ‰℃-1 和-1.45±0.72‰℃-1。 EB 值随植物种类的不同而有很大的差别。因此在采集样本时，除了对采样点进行选择外，对树种也要做相当严格的选择。 ; 第二个问题是植物内部氢同位素成分与周围环境水中的氢同位素之间的关系。 Yapp和Eepstein研究了不同地区不同植物种类，测定了它们硝化纤维的δDCN 值，同时测定了它们生长周围环境水。得到一个统计关系式： δDCN =0.87 δDW-11 湿度对该关系式也有很大影响。不同的植物种类以及在不同湿度条件下生长的植物，其叶片水中的 δD值都有很大的变化。;同样，在某些情况下，用于分析的水并不能真正代表树木在生长时它从周围环境所吸收的水分。为此他们定义分馏系数αB为: 由此,得到一个植物与周围环境湿度（h）之间的线性关系式: α＝-0.124h+1.089 植物生长过程中