共和盆地更尕海现代碳酸盐碳氧同位素变化及其环境意义

摘要

长期以来，湖泊沉积碳酸盐碳、氧同位素（δ13Ccarb、δ18Ocarb）被广泛运用到过去气候环境变化的重建研究中。然而，由于δ13Ccarb和δ18Ocarb影响因素与过程的复杂性，针对碳酸盐稳定同位素记录气候变化的理解往往是经验性的。研究湖泊不同类型碳酸盐稳定同位素的变化及其对湖泊内和流域过程的响应，对于揭示其气候环境指示意义具有重要作用。更尕海位于青藏高原东北部共和盆地，为一浅水草型湖泊，沉积环境稳定，水文循环简单，流域人类活动较少。该湖赋存有不同类型的现代碳酸盐，是开展碳酸盐碳氧同位素变化及其影响因素研究的理想地点。
　　2012年5月至2015年9月，定位监测了夏半年（5-9月）更尕海不同地点湖水理化性质（温度、溶解氧、酸碱度）。实验分析了流域内水体离子含量、溶解无机碳（DIC）含量、氢氧同位素和DIC碳同位素（δ13CDIC）。同时，分析了轮藻（Chara spp.）结壳（stem encrustations）、软体动物壳体（mollusc shell）和水体捕获沉积物等碳酸盐样品碳氧同位素组成以及不同沉水植物有机质碳同位素（δ13Corg）组成。结合流域气象观测数据，探讨了更尕海流域水体水化学特征及其控制因素以及湖泊内不同类型现代碳酸盐碳氧同位素及不同类型沉水植物δ13Corg变化与湖泊水环境和流域气候环境的联系，对其可能的气候环境指示意义进行了讨论。主要结论如下：
　　1.更尕海流域泉水、河水阳离子以Ca2+-Na+为主，为流域风化作用所贡献；阴离子以HCO3-为主，主要来源于土壤呼吸产生的CO2和流域风化作用。湖水阳离子以Na+为主，阴离子以Cl-为主，其含量变化主要受入湖泉水水化学特征、湖泊内蒸发作用的影响；水生植物的光合作用导致湖水中Ca2+和HCO3-含量偏低。
　　2.更尕海湖水DIC碳同位素（δ13CDIC-L）的变化主要受入湖泉水DIC碳同位素组成（δ13CDIC-I）的影响，反映了流域碳源的动态变化。湖泊内水生植物光合作用导致δ13CDIC-L季节性偏正，然而，沉水植物光合作用也可导致碳酸盐快速沉积，结壳碳同位素（δ13Cencrust）季节性偏负可能与碳酸盐沉积“动力效应（kinetic effect）”有关，从而使得δ13Cencrust并不完全响应于δ13CDIC-L的变化。年际尺度上，壳体碳同位素（δ13Cshell）变化主要受δ13CDIC-L的影响。δ13Cencrust整体较δ13Cshell偏正，可能与植物“微环境效应”及壳体“生命效应”有关。
　　3.湖水氧同位素（δ18OL）组成主要响应于入湖泉水氧同位素（δ18OI）的变化。轮藻结壳氧同位素（δ18Oencrust）季节性偏负与“动力效应”有关。年际尺度上，壳体氧同位素（δ18Oshell）的变化主要受δ18OI的影响。δ18Oencrust整体上较δ18Oshell偏负，可能与“动力效应”及不同碳酸盐组成的“矿物效应”有关。
　　4.更尕海湖泊软体动物壳体与湖水DIC碳同位素、氧同位素之间的非平衡分馏程度较小，能够记录其生命期内湖水碳氧同位素组成的总体状况。δ13Cshell反映了流域碳源的动态变化，δ18Oshell反映了流域降水氧同位素组成及其相关的大气环流形势的变化。然而，结壳碳氧同位素与湖水之间存在显著的非平衡分馏效应，反映了湖泊内“微环境效应”和“动力效应”的影响，因此结壳碳氧同位素并不能用来指示湖水同位素组成的变化。
　　5.轮藻光合作用效率高，导致其有机质碳同位素（-18.6--14.0‰）较维管束植物（如眼子菜（Potamogeton pectinatus）和狐尾藻（Myriophyllum spicatum））（-14.9--9.2‰）更为偏负。维管束植物有机质碳同位素的变化主要受δ13CDIC-L的影响，眼子菜有机质碳同位素组成可以用来指示湖水HCO3-含量的变化，进而反映湖泊营养状况。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 湖泊沉积碳酸盐碳氧同位素在古气候研究中的应用

1.2 湖泊自生碳酸盐碳氧同位素影响因素概述

1.3 现代湖泊生物成因碳酸盐碳氧同位素研究进展

1.4 选题依据与研究目标

1.5 研究内容与创新点

第二章 研究区概况

2.1 区域地质地貌概况

2.2 自然地理概况

2.3 气候

2.4 更尕海湖泊概况

第三章 材料与方法

3.1 样品采集

3.2 实验方法

3.3 数据处理方法

第四章 结果与解释

4.1 更尕海湖泊水位、温度变化

4.2 更尕海湖泊水体理化性质

4.3 更尕海流域水体水化学特征

4.4 更尕海流域水体DIC碳同位素

4.5 更尕海湖泊现代碳酸盐碳同位素

4.6 更尕海流域水体氢氧同位素

4.7 更尕海湖泊现代碳酸盐氧同位素

4.8 更尕海湖泊现生植物有机质碳同位素

4.9 本章小结

第五章 更尕海湖泊现代碳酸盐碳氧同位素环境意义

5.1 碳同位素

5.2 氧同位素

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 不足与展望

参考文献

附录：图表清单

在学期间的研究成果

致谢