全新世以来东北四海龙湾玛珥湖沉积物生物分子标志物的氢同位素研究

沉积物生物分子标志物脂类化合物氢同位素可以有效示踪大气降水或湖水的氢同位素组成，为多种环境区域，特别是缺乏岩溶或碳酸盐沉积地区的古大气降水和古湖水同位素组成变化历史的重建提供了有力的手段。东北四海龙湾地处东亚季风北缘，对气候变化响应敏感，是研究东亚季风气候空间变化特征及变化过程的关键地区，且已有深厚的研究积累，然而尚缺乏定量化的古气候研究成果。本项目拟通过我国北方季风区现代湖泊沉积物生物分子标志物的氢同位素研究，确立此类化合物对大气降水和湖水同位素的示踪关系，在此基础上，对四海龙湾全新世沉积岩芯进行研究，分别建立陆生高等植物和水生生物分子标志物D/H时间序列，重建该区大气降水和湖水D/H变化历史，通过多指标记录对比，揭示大气降水氢同位素组成变化的确切气候含义。通过与南方石笋氧同位素记录对比，揭示东亚季风变化的空间分异特征和规律。

全球气候变化给人类社会带来的压力日益加剧，深刻影响着人类社会可持续性发展的战略定向。高精度和高分辨率的定量化重建全新世以来的气候变化历史对于实现古气候研究水平跨越、提升古气候研究对现代气候变化评估的参考价值，具有重要的科学意义和现实意义。东北四海龙湾地处东亚季风区北部，重建这一地区全新世以来气候变化是全面认识东亚季风气候的空间分布规律和变化机制极为重要。然而，该区定量化的古气候研究仍很缺乏。本项目通过四海龙湾沉积岩心高密度样品的植物叶化石和全岩有机质14C定年，建立了可靠的十至百年际精度的年代学标尺。通过横跨我国北方至贝加尔湖大断面上典型湖泊表层沉积物、周边土壤、水生植物以及水体的系统考察取样和实验室分析，四海龙湾全新世时段高分辨率沉积样品实验室分析，获得了以下主要结论：1）水生植物样品以C23和C25为主峰，表层土壤样品以C29和C31为主峰，湖泊沉积物正构烷烃以C27和C29为主峰。2）无论土壤、湖表沉积物或水生植物，同一样品的不同链长正构烷烃的δD值接近。来源于水生植物的中长链正构烷烃及其氢同位素平均值δD(n-C21-25)与湖水氢同位素显示出明确的正相关关系；来源于表层土壤的长链正构烷烃及均值δD(n-C27-31)与大气降水的氢同位素显示出明确的正相关关系；水生植物正构烷烃与湖水间的表观分馏均值(εC21-25/w)为-161‰，与欧洲断面的研究结果(-160‰)非常接近；表层土壤长链正构烷烃与源水间的分馏均值(εC27-31/w)为-142‰。3）湖泊沉积物中长链正构烷烃氢同位素值介于水生植物和土壤之间，可以反映湖泊水体的氢同位素组成，而沉积物中长链正构烷烃与周边土壤的长链正构烷烃的氢同位素值更为相近，可以用来示踪大气降水的氢同位素组成。4）全新世以来四海龙湾中长链正构烷烃氢同位素序列特别是近6000年来的变化与西赤道太平洋海温记录有很好的一致性，很可能反映了该区的温度变化历史。在Younger Dryas寒冷事件后，东北地区的气温迅速回升，在距今10000~9000年达到全新世最暖状态，距今6000年开始，气温出现了长期缓慢的下降，直至距今2000年左右。在小冰期阶段，该地区也出现了温度下降，此后温度回升。这一研究结果提出了一个值得研究的重大问题：东北地区湖泊水体同位素信号反映了温度，而南方石笋氧同位素却反映了季风降水强度。