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洞穴石笋高精度ICP-MS铀系年代学与西南岩溶地区古气候变化研究

作　者: 杨琰
导　师: 袁道先
学　校: 中国地质大学
专　业: 水文学及水资源
关键词: 石笋 ICP-MS 铀系年代学古气候文石表观年龄
分类号: P532
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

地球环境的日趋恶化是科学面临的严峻挑战，针对这些全球性的环境问题国内外学者提出了全球变化研究这一重大科学课题，通过预测全球变化及其对人类生存环境的影响，提出适应与减缓全球变化的对策，最终实现人与自然协调可持续发展。要提高对全球变化的预测力，必须对过去全球变化有充分的认识和了解，因而在全球变化研究中，过去全球变化是全球变化研究中的一项重要研究内容。我国在过去全球变化的研究中处于较重要的地位，一方面我国的气候受全球大气物理系统的影响而具有全球性一般特点；另一方面由于我国特殊地理位置而使其气候变化又有着自身的一些特点，如季风气候特征明显，大陆性气候强，且气候类型多样。因此，对我国古气候变化的研究无疑会对全球变化模型的建立和对我国区域气候变化的预测均具有很重要的意义。洞穴石笋的形成过程与大气圈、水圈、生物圈、岩石圈有着密切的联系，大气降水在生物圈和岩石圈的运移过程中不断有岩溶作用发生，在岩溶作用发生过程中形成的洞穴石笋对外部环境变化反应非常敏感，可以记录几十万年以来气候、生态的变化规律以及人类活动对环境改造的信息，所以洞穴石笋是一种不可多得的陆地古环境信息源。我国南方分布着面积为5.4×10⁵km²的岩溶区，岩溶洞穴极其发育，洞穴石笋在其生长过程中可以记录季风及赤道复合带交互作用的变化特点等。通过对岩溶记录的研究无疑可以恢复或重建该地区的古气候和古环境的变化模式，为岩溶地区人与自然可持续协调发展提供科学依据。石笋记录研究的进展与测年技术的发展密不可分，测年新技术的突破不断推动石笋重建古气候研究的飞速前进，所以，在利用石笋进行古气候重建过程中，建立精确的时标是首要条件。本文通过对洞穴石笋高精度ICP-MS铀系年代学方法的研究，并在此基础上对贵州荔波县衙门洞Y1石笋进行了古气候重建研究，综合²³⁰Th测年数据研究和Y1石笋稳定同位素的分析结果，初步认为：（1）精确时标的建立对于利用石笋进行古气候重建具有重要的实际意义，采用ICP-MS²³⁰Th测年方法进行石笋样品定年准确可靠，并且比TIMS方法具有更高的效率，所需样品更微量，使获得更高精度定年结果成为可能；本文通过石笋高精度ICP-MS铀系年代学方法的研究，对其测年核心技术问题和工作思路有一定的了解。（2）通过对较老石笋的ICP-MS ²³⁰Th测年研究，发现贵州荔波县董歌洞D6、D7、D9石笋具有比较连续的高分辨记录，最老年龄超过40万年，通过²³⁰Th测年数据的分析为我国西南地区50万年以来标准剖面建立打下基础；从石笋²³⁴U／²³⁸U放射性比值和生长速率变化分析表明，²³⁴U／²³⁸U放射性比值可以记录过去突变冷暖事件的变化，可以作为一个有意义的环境记录替代指标来研究古降水及古气候变化，此研究也是本文的主要创新点之一。

全文目录

第一章绪论  14-24
  §1.1 选题意义  14-15
  §1.2 国内外研究现状  15-22
    1.2.1 基本机理研究  15-18
    1.2.2 测年技术研究  18-19
    1.2.3 石笋记录在过去全球变化研究中取得的进展  19-22
    1.2.4 存在问题  22
  §1.3 研究内容与技术路线  22-24
    1.3.1 研究内容  22
    1.3.2 技术路线  22-23
    1.3.3 拟解决的关键科学问题  23-24
第二章 ICP-MS ~(230)TH测年技术研究  24-35
  §2.1 基本原理  24-25
  §2.2 U-TH化学处理技术  25-29
    2.2.1 样品的准备  25-26
    2.2.2 化学处理  26-29
  §2.3 ICP-MS分析技术  29-33
    2.3.1 仪器设备  29-31
    2.3.2 分析测试方法  31-32
    2.3.3 仪器偏差校正  32-33
  §2.4 数据处理  33-35
    2.4.1 U数据处理  33-34
    2.4.2 Th数据处理  34
    2.4.3 年龄数据处理  34-35
第三章 ~(230)TH年龄数据的古气候意义研究  35-70
  §3.1 概述  35-36
  §3.2 较老石笋~(230)TH测年研究  36-47
    3.2.1 洞穴特征  36-38
    3.2.2 D6石笋年龄数据分析  38-42
    3.2.3 D7和D9石笋年龄数据分析  42-46
    3.2.4 小结  46-47
  §3.3 方解石和文石石笋样品测年的差异性研究  47-64
    3.3.1 衙门洞洞穴特征  47-49
    3.3.2 衙门洞Y1石笋年龄数据分析  49-52
    3.3.3 莲花洞LL1和LL5石笋成分特征分析  52-54
    3.3.4 莲花洞LL1和LL5石笋年龄数据分析  54-58
    3.3.5 重结晶及铀流失现象与石笋表观年龄之讨论  58-64
      3.3.5.1 铀元素的地球化学特征分析  58-64
  §3.4 年龄数据的古气候意义对比研究  64-70
    3.4.1 石笋~(234)U／~(238)U比值的古气候意义  64-68
    3.4.2 石笋测年结果比较  68
    3.4.3 小结  68-70
第四章贵州衙门洞石笋碳、氧同位素记录及西南岩溶地区古气候变化研究  70-91
  §4.1 概述  70-71
  §4.2 石笋碳、氧同位素记录原理  71-78
    4.2.1 基本原理  71-73
    4.2.2 材料与分析方法  73
    4.2.3 Hendy同位素沉积平衡检验  73-76
    4.2.4 氧同位素记录  76-78
  §4.3 石笋记录古气候变化对比讨论  78-90
    4.3.1 氧同位素记录古气候意义  78-85
    4.3.2 碳同位素记录的古气候意义  85-88
    4.3.3 Y1石笋稳定同位素数据的谱分析意义  88-90
  §4.4 小结  90-91
第五章结论与建议  91-93
致谢  93-94
参考文献  94-108
附录  108-118

洞穴石笋高精度ICP-MS铀系年代学与西南岩溶地区古气候变化研究

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