沉積地球化學在古氣候研究中的應用

汪陽飛

(成都理工大學地球科學學院 四川 成都 610059)

沉積地球化學在古氣候研究中的應用

汪陽飛

(成都理工大學地球科學學院 四川 成都 610059)

沉積地球化學是以沉積物和沉積巖為對象、研究其在沉積-成巖過程中所含元素及同位素遷移、聚集與分布規(guī)律的一門科學。其中元素地球化學、同位素地球化學、有機地球化學是在研究古氣候時常運用到沉積地球化學方法，研究古氣候可以以古鑒今，通過先前時代氣候的變化來預測未來氣候變化的趨勢，對環(huán)境氣候保護也有一定的指導意義。

古氣候；沉積地球化學；碳酸鹽礦物

地質學上，古氣候指地質時期氣候。古氣候的研究，對于地層劃分和對比，地殼演化研究以及礦產(chǎn)資源成因和探測都有指導意義，也對于了解氣候變遷、現(xiàn)代氣候的形成、自然地理環(huán)境的演變與保護有重要作用。隨著工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，人類生存的環(huán)境也來越嚴峻，生態(tài)被破壞，氣候也越來越差，保護人類賴以生存的氣候環(huán)境迫在眉睫，所以研究古氣候是必須實施下去的。在研究古氣候時，地球化學是目前最廣用的手段，其中沉積地球化學是最新也是相對于最準確的研究方法。有機地球化學、同位素地球化學、元素地球化學則是沉積地球化學在研究古氣候中應用最多的三種技術方法。

一、有機地球化學在古氣候研究中的應用

有機地球化學是地球化學的一個分支。研究地質體中有機質的組成、結構、起源和演化的學科。在有機地球化學研究過程中，基于沉積巖有機質的豐度與演化不僅與埋藏史、地熱演化史有關，而且受對沉積環(huán)境認知的制約。根據(jù)氣候、環(huán)境、水介質條件與原始生油母質的關系，可以探討不同沉積環(huán)境的有機質特征并可以提供某些與原始沉積環(huán)境有關的有機地化指標，而且由于某些化合物的埋藏演化中的相對穩(wěn)定性，還可以根據(jù)它們與現(xiàn)代生物有機組成的關于推斷有機質原始堆積條件。

通過研究沉積物巖芯中有機碳分布與古氣候關系,可以得出有機碳含量的低值與較寒冷氣候相對應。據(jù)柴達木盆地察爾汗鹽湖鉆孔巖芯沉積物有機碳含量變化,對73萬年來的沉積巖芯劃分出21個有機碳沉積階段,其中有機碳含量奇數(shù)階段代表相對溫濕的氣候環(huán)境;偶數(shù)階代表相對干冷的氣候，如此就可以推斷出柴達木盆地大致的冷熱交替順序[1]。

二、同位素地球化學在古氣候研究中的應用

同位素地球化學已成為地球化學中一門獨立的分支。在沉積學領域中，同位素地質學已成為追索物源、探討沉積一成巖環(huán)境的重要方法。目前應用較多的是利用氧、硫、鍶、碳的穩(wěn)定同位素的分餾特點研究沉積物來源、古水溫與古鹽度、氧化還原條件、沉積旋回性質、確定海岸線位置和海平面升降，利用硫同位素分餾特點分析與沉積環(huán)境關系密切的開放與封閉系統(tǒng)等。

圖1 δ18O含量變化與溫度異常大小的變化

肖恩·馬考特[2](Shaun Marcott)采取Dongge Cave(董哥洞)洞穴堆積物，對同位素δ18O含量進行研究，發(fā)現(xiàn)在10000aB.P一7000aB.P，δ18O含量整體處于上升階段，代表這段時間董哥洞所位于地區(qū)所受到的夏季季風強度相對高，進而說明溫度異常大。從7000aB.P至工業(yè)革命左右，δ18O含量整體處于下降階段，代表這段時間所受到的夏季季風強度相對低，進而說明溫度異常較小。從工業(yè)革命一直到現(xiàn)金δ18O整體含量相對的又有較大的上升，說明這段時間夏季季風強度相對提升較大，說明近代溫度異常大。具體變化曲線見圖1。

三、元素地球化學在古氣候研究中的應用

元素地球化學包括常量元素、微量元素、稀有元素和分散元素的地球化學。對沉積巖無機地球化學的研究主要集中在常亮元素和微量元素地球化學方面，利用巖石微量元素特征研究沉積巖形成的古地理環(huán)境和成巖作用環(huán)境，已成為沉積地球化學的一個重要方面。

鹽湖不同沉積階段中粘土的某些化學成分也存在差異,Mgo在成鹽階段含量明顯較多,而Sio2、Al2o3含量減少[3]。故Al2o3/Mgo值可作為環(huán)境變化的一種指標,其大值與碎屑沉積為主的沉積相對應,表明湖水相對淡化時期;其小值與蒸發(fā)鹽沉積為主的沉積層相對應,表明為相對咸化時期,

除去以上三種技術方法外，通過鑒定沉積物中的碳酸鹽礦物也是一個判斷古氣候的方法[4]。沉積物中以伊利石礦物占優(yōu)勢時,認為是干早氣候條件下的粘土礦物組合特征。厚層石鹽、含砂石鹽、光鹵石和鉀石鹽等為炎熱干旱氣候條件下的產(chǎn)物;而芒硝、瀉利鹽、蘇打、鎂硼鹽和軟鉀鎂礬等為干寒冷件下的產(chǎn)物。

四、結論

研究古氣候的方法眾多，但要精細到研究幾萬年來氣候的變化，沉積地球化學方法無疑是最可靠的方法。尤其是如今在冰芯(一種記錄氣候的介質)研究的大熱下，沉積地球化學將作為最重要的研究的手段，以便為人類對不同時期的大氣氣溶膠、沙漠演化、植被演替、生物活動、大氣環(huán)流強度、火山活動等展開更為精確具體的研究。這將極大地豐富了氣候與環(huán)境變化的研究內容，更革新了人類關于地球系統(tǒng)演化及其重要機制的一些觀點。

另一方面，目前全球氣候面臨著一個嚴峻的形勢。全球氣候變暖，臭氧層空洞，酸雨危害，生物多樣性銳減，荒漠化加劇等問題引起了全世界的重視。為了預測未來的氣候變化，則需要對古氣候有一個清晰的認識。我們在研究古氣候的時候應該去找尋更精準，更便捷的方法，再同時與沉積地球化學方法相結合，更準確的研究古氣候問題。

[1]黃麒,陳克造.七十三萬年來柴達木盆地察爾汗鹽湖古氣候波動的形式[J].第四紀研究,1990(3).

[2]陳濤,王歡等.粘土礦物對古氣候指示作用淺析[J].巖石礦物學雜志,2003,22(4).

[3]余素華,文啟忠.新疆地區(qū)第四紀沉積物中碳酸鹽的地球化學與古氣候關系[J].環(huán)境地球化學與健康,1990.

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

汪陽飛(1991.1-)，男，漢族，湖北，成都理工大學，碩士研究生，研究方向：構造地質和變質巖。