湖泊沉積物有機碳同位素的古氣候指示意義

吳霜

摘要：在全球氣候變化研究中，有機碳同位素具有巨大的潛力。湖泊沉積物有機碳同位素因受有機質來源、流域自然環境等多種因素影響，導致其在古氣候的解釋上存在著多解性。本文整理了國內外一些研究成果，對湖泊沉積物有機碳同位素在古氣候方面的應用進行了歸納論述，為利用有機碳同位素恢復古氣候提供一定的參考。

關鍵詞：湖泊沉積；有機碳同位素；古氣候

1引言

近幾十年來，很多學者在利用湖泊沉積物有機碳同位素重建古氣候方面取得重要研究成果。但其與古氣候之間的關系并未形成統一的認識。本文通過整理國內外一些學者的研究成果，對湖泊沉積物中有機碳同位素在古氣候方面的應用進行歸納論述，旨在為利用湖泊沉積物有機碳同位素重建古氣候提供一定的參考。

2有機碳同位素的特征

湖泊沉積物有機質來源于湖泊水生植物（包括浮游植物、挺水植物、沉水植物）和陸生植物。陸生植物可分為C3、C4和CAM類型。C3植物δ13C的分布范圍為-24～-37‰，C4植物的δ13C分布在-9～-19‰之間，CAM植物的分布范圍在-10～-30‰之間。水生植物則相對復雜，挺水植物一般利用大氣中的CO2合成有機質，δ13C一般在-24～-30‰之間；漂浮植物如果利用水中的溶解CO2合成有機質，則具有和C3類植物接近的δ13C值，如利用水中HCO3-合成有機質，將導致δ13C偏高；沉水植物合成有機質所需CO2主要來源于大氣中CO2及無機碳酸鹽的水解，這與湖水的化學性質有關。

3有機碳同位素的古氣候指示意義

湖泊沉積物中有機碳同位素作為良好的的環境代用指標，可以判定有機質來源、古植被古氣候的變化。由于湖泊沉積物中有機質來源復雜，影響有機碳同位素組成的因素眾多，針對不同的研究區，不同的學者得到的結果往往是不一致的[1，6，7]。Nakiai（1972）研究認為有機質的絕對含量與δ13C存在較好的正相關性，在較冷時期，δ13C值偏負；在較溫暖時期，δ13C 值偏正[7]。Stuiver（1975）對分布在不同緯度的12個湖泊沉積物有機質13C進行了統計分析，發現有機質13C值具有隨緯度的升高而降低的特點。吳敬祿等（1996）對分布在不同緯度的江蘇固城湖、江西鄱陽湖、內蒙呼倫湖、貴州草海研究表明，有機質13C值具有隨緯度增加而降低的特征，同時也認為δ13C低值對應冷期，δ13C高值對應暖期。一些學者對國內其他一些湖泊的研究也表明，δ13C低值對應冷期，δ13C高值對應暖期。

隨著緯度和海拔的升高，由于C4植物的生長受到限制，相對來說，C3植物的貢獻較大，加上冷期時湖水硬度大，水生生物主要利用水中HCO3-作碳源，暖期時湖水硬度低，水生生物主要利用水中溶解的大氣CO2作碳源，從而導致δ13C值偏正對應冷期，δ13C值偏負對應暖期[3，11]，這與Person 的研究結果一致。吳敬祿等（1996）對若爾蓋盆地有機質δ13C研究表明，暖期時δ13C偏負；冷期時δ13C值偏正。吳健及謝遠云分別對興凱湖、江漢平原江陵剖面研究也表明δ13C低值指示氣候暖濕，δ13C偏負指示氣候冷干。

也有學者研究表明，在干旱半干旱地區，湖泊中的水生植物是有機質的主要來源，有機碳δ13C值的大小并不能反映C3和C4植物的更迭變化，而是湖泊中各種水生植物（沉水植物、挺水植物和浮游植物）所占比例的大小，進而可以指示流域氣候的變化，即δ13C偏正表明沉水植物所占比例較大，指示湖泊水體較大，湖泊處于高水位，氣候條件較好；δ13C偏負表明挺水植物和浮游植物所占比例較大，指示湖泊水體較小，湖泊處于低水位，氣候較干。田慶春等（2016）對可可西里湖泊沉積物有機碳δ13C變化特征研究也表明這一點。

結論：湖泊沉積物有機碳同位素與氣候的關系存在著多解性。在利用有機碳同位素進行古氣候研究時，首先要查明有機質的來源，在此基礎上綜合考慮其他控制因素，采用多種環境代用指標（孢粉、硅藻、植硅石等）相互對比、驗證，并結合其他記錄，才能獲得較清晰明確的解釋，取得良好的效果。

參考文獻

[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]吳敬祿，Andreas Luecke，李世杰等.興措湖沉積物有機碳及其同位素記錄揭示的近代氣候與環境[J].海洋地質與第四紀地質，2000， 20（4）：37-42.

[3]吳敬祿，王蘇民，沈吉.湖泊沉積物有機質δ13C所揭示的環境氣候信息[J].湖泊科學，1996，8（2）：113-118.

[4]李國勝.艾比湖冰消期以來的δ13 C 記錄與突變氣候事件研究[J].科學通報， 1993 ， 38（22）：2069-2071.

[5]張振克， 吳瑞金， 王蘇民，等.近8kaBP 來云南洱海地區氣候演化的有機碳穩定同位素記錄[J].海洋地質與第四紀地質， 1998，18（3）：23-28.

[6]曹建廷， 王蘇民， 沈吉，等.內蒙古岱海地區近千年氣候環境演變的初步研究[J].海洋地質與第四紀地質， 2000， 20（2）：15-20.