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过去3000年两极典型地域生态情况变化的堆积记实及对比

发布时间:2019-10-20 点击:
  

  全球变化研究一曲是国际社会和科学研究关心的核心。自国际地圈-生物圈打算(IGBP)实施以来,对全球变化的研究曾经成为当今地球科学的最前沿课题。此中,比来的一两千年被称为“晚全新世”,正在这段期间,天气的一些主要鸿沟前提(例如地球几何轨道和全球冰物质)连结不变,因而这段时间内天气的变化能够被认为是没有人类节目影响的天然形态。辅以现代天气变化,包罗全球标准的变暖,就能够沉建人类驱动对于过去和将来天气变化的主要性。目前正在极地生态情况变化研究中,正在现代不雅测材料堆集的根本上,也很是强调通过长时间标准的天气沉建来研究天气演变机制及其对生态情况的影响。天气的变化凡是会对淡水湖泊生态系统发生影响,正在全球变暖的布景下,懦弱的两极湖泊生态系统会发生如何的响应?由于间接不雅测的数据材料无限,学者目前对该方面的研究报道还不多。别的,正在近代人类节目的影响下,生态情况能否会发生改变,以及科学地评估天气变化和人类节目对湖泊生态各自的影响,也是预测将来湖泊变化的主要问题。本文正在时间标准上,立脚于取人类节目有亲近联系的晚全新世,正在空间上拔取两极典型湖泊和泥炭层进行阐发。通过收集多个典型湖泊堆积物中表层堆积物、湖藻及湖区四周泥炭层土壤等情况介质样品,区分两极湖泊生态演化过程中的天然要素和近现代的报酬要素;正在此根本上,开展两极空间范畴上的生态情况演化记实的对比研究。涉及的次要内容和研究成果如下: 1.北极湖泊生态演变及其对天气情况的响应 使用多目标阐发(包罗堆积色素、磁化率、硅藻构成、碳和氮不变同位素阐发等),连系其它物化目标如碳酸钙含量、TOC等,从汗青演化的角度沉点切磋了新奥尔松地域比来3000多年以来湖泊初级出产力的演化过程。成果表白,正在相对寒冷的小冰期,天气对湖泊中藻类的发展晦气,湖泊出产力下降,堆积物中色素含量呈现低值,生物硅含量降低;表层5cm(对应约1890AD)堆积物中无机质含量显着升高,色素和硅藻含量较着添加,表白进入20世纪后,天气的转暖以及湖冰的削减,导致湖泊藻类发展敏捷,湖泊出产力大大提高。而此时较低的生物硅含量取藻类间的合作发展相关。湖泊中蓝藻含量不竭上升,暗示北极地域人类节目的加强导致了湖泊养分程度添加。通过对元素及比值、矿物构成变化、情况目标因子载荷得分和化学蚀变指数(CIA)等多目标分析阐发发觉,新奥尔松地域正在距今550年前处于长时间的天气相对温暖期,湖泊流域基岩化学风化感化较强;正在距今550-100年(即1450-1900年)期间,出格是正在1700-1900年,堆积物中碳酸盐/硅酸盐矿物含量比值降低,石英等粗矿物添加,湖泊流域化学风化能力和湖区物理传输感化下降,对应天气寒冷期,取全球发生的小冰期(LIA)分歧;20世纪初,各目标反映流域化学风化感化强度和对天气较为的过程(如物理搬运感化、流域、地表融水径流等)显着加强,跨越了过去3000年的任何期间,这取比来100年北极地域天气显着变暖分歧。本研究所的新奥尔松地域天气变化过程取北极地域、北半球以至全球古天气记实具有类似性,表白新奥尔松地域天气变化是正在全球变化布景下发生的。对比的成果表白,北极地域近3000年来湖泊初级出产力对天气和湖区情况变化发生较着的响应。 2.沉金属污染正在北极新奥尔松地域的记实 操纵湖泊和泥炭层堆积物的对比研究,切磋过去3000年以来沉金属分布和来历,并操纵四种评价目标进行沉金属污染评价,初步判断了新奥尔松地域的沉金属污染程度。成果表白,As、Hg和Pb的污染程度相对高 一些,能够表示为“轻度”或“中度”污染;而其它金属则处于“没有或很是低污染程度”。比来200年,汞堆积通量呈现3个较着峰值,别离对应于1800年、1880年和1970年摆布。对比研究区煤炭出产量、全球Hg产量和S2剖面Hg堆积通量记实的变化,表白本地Hg的输入次要来历于远距离大气污染物的传输感化,当地煤矿的开采和封闭可能对本地汞堆积通量变化形成了必然的影响,但影响较小。总的来看,新奥尔松地域的汞污染程度取、等环北极地域相当,高于格陵兰地域,但仍较着低于美国等工业化较高的国度。连系生物地球化学目标(如色素、硅藻含量等)以及无机质类型的判别,并通过定量计较,我们得出:正在1970年之前,堆积物中的Hg次要来自人类源的排放,而1970年之后Hg的持续高值次要归因于湖泊藻类的“挖掘”效应(占89.6-95.8%),人类源Hg的比例大大下降。同时,近表层样品中甲基汞的含量显着添加,高含量的Hg以及氧化还原情况是影响北极湖泊中Hg甲基化速度的主要要素。Pb同位素的成果表白该地域的Pb污染次要来自西欧和俄罗斯,新奥尔松本地煤矿开采不是惹起Pb污染的次要要素。泥炭层堆积物实正在的反映了人类源Hb的大气沉降汗青,出该地域人类源Pb含量正在20世纪60-70年代达到峰值,之后Pb含量取同位素比值的成果都表白人类源Pb显着下降。然而,较长时间标准的湖泊堆积记实表白,表层样品中的Pb含量仍然较高。对比阐发成果表白一些对天气变化的过程(如流域感化、地表融水径流等)可能是惹起高纬北极湖泊堆积物表层Pb污染的次要缘由。 3.南极湖泊生态情况对天气变化的响应 对两极湖泊堆积物中生物硅、无机质等情况目标进行了阐发,并正在对比研究的根本上,认为生物硅含量的变化能无效湖泊古初级出产力的大小,是研究南极湖泊堆积生态情况记实的抱负替代性目标。我们使用多目标阐发(包罗干酪根中C、N、S、H含量、生物硅、氨基酸以及岩石热解阐发中藻类出产力的目标S2)对东南极莫愁湖湖泊堆积物进行了阐发,沉建了比来3000年来莫愁湖湖泊初级出产力的变化;成果表白,莫愁湖湖泊初级出产力呈现4段低值期,别离对应于距今2400-2200年、1800-1600年、1400-1200年以及800-150年。正在这四段期间,莫愁湖藻类出产力显着降低,生物硅以及氨基酸含量削减,无机质堆集量下降,湖泊出产力低下。并操纵氢同位素、C/S比值和磁化率等目标,恢复了湖泊的水动力情况和湖区的天气变化(如新冰期和小冰期等天气事务),并取整个东南极地域进行了区域对比。将湖泊出产力取天气目标以及文献记实的对比发觉,莫愁湖湖泊生态对天气和情况变化发生较着的响应。 4.环南极沉金属堆积记实及对比研究 对环南极地域(包罗西南极阿德雷岛、拜尔斯岛、东南极罗斯岛和拉斯曼丘陵地域)的8个堆积物剖面(包罗湖泊、泥炭层和粪土堆积物)的沉金属含量进行了初步的对比研究,并通过三种污染评价目标(富集系数EF、地质堆集指数Igeo和校正污染程度mCd),计较了各剖面的沉金属污染程度;取情况介质(如土壤、岩石、生物粪和苔藓)的对比阐发,发觉影响分歧剖面沉金属污染的要素包罗基岩布景、生物粪输入和人类源大气沉降等。操纵堆积物质量尺度(SQG)初步评价了Ni、Zn、Cu、Cd、As、Pb、Hg和Cr元素的生态效应。成果表白典型生物粪土层中沉金属污染较严沉。Zn、Hg、Pb和As没有达到污染效应发生的最低范畴,别的一些金属元素如Ni、Cu、Cd和Cr等正在某些剖面中曾经达到发生生态风险的程度,这取海鸟粪的大量输入和本地的地质布景值高相关。 5.晚全新世两极生态情况演变对比研究 北极高纬度地域取中划一中纬度地域的天气变化趋向分歧,即履历了“暖期-冷期-暖期”。此中“中世纪暖期”、“小冰期”和20世纪之后的天气变暖表示的尤为凸起,虽然因为纬度以及所选用的替代性目标对天气变化响应的活络性分歧,所恢复出的各个地域的天气变化正在时间和变化程度上不完全分歧,但它们总体上都反映了北半球类似的天气变化趋向。南极和北半球的天气变化趋向和持续的时间并不完全分歧,南极各个地域全新世以来天气变化如放大效应和呈现时间有显着的区域差别。我们对两极湖泊堆积序列沉建成果表白,两极湖泊生态坏境(包罗湖泊出产力、氧化还原情况等)和流域情况(如风化感化和水动力感化等)对天气变化发生了积极的响应。两极多个地域沉金属污染程度对比成果表白,分歧载体对于沉金属富集的程度分歧,湖泊堆积物和泥炭层堆积物沉金属污染程度较轻,所阐发的堆积剖面中南极地域沉金属污染程度较着高于北极,此次要是由于南极地域企鹅粪土堆积物较着富集部门沉金属元素,南极企鹅粪的生物传输是形成南极情况污染的一种主要体例。

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