第四纪古环境研究方法PPT课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四纪古环境研究方法,一、沉积学方法,二、古生物学方法,三、地貌学方法,四、矿物学方法,五、地球化学方法,六、同位素方法,七、磁化率方法,八、植物硅酸体方法,九、有机高分子方法,一、沉积学方法,1,、沉积构造,沉积构造可以反映水动力条件和沉积环境,（,3,）季候泥（纹泥）：由两条深、浅的纹层构成。,湖泊、溶洞沉积。,（,1,）厚层的块状层理：,（,2,）薄层的水平层理：,冰湖沉积形成的季侯纹泥,成分变化：指示季节变化。,厚度变化：指示降水的变化。,颜色变化：指示气候和降水的变化。,细粒层：冬季,粗粒层：夏季,深色层：冬季,浅色层：夏季,粗细变化：指示气候的季节变化。,（,5,）粒序层理：,注意分选性在剖面上的垂向变化。,正粒序,反粒序,（,4,）分选性：,常年流水：好,暂时性流水：差,2,、成因类型,（,5,）湿冷,：黑色土、沼泽土。,（,1,）干旱,：黄土、风成砂、洪积物、盐类沉积。,（,2,）湿润,：湖泊、河流、石钟乳沉积。,（,3,）湿热,：红粘土。,（,4,）干冷,：黄土、岩石碎屑、洞穴角砾、冰碛物。,黄土,角砾石层,钙板层,钙板层,火山岩中的风成砂,野外研究注意不同成因类型在垂向的变化,3,、粒度分析,（,5,）粒度样品取样要求,（,1,）直方图和频率曲线,（,3,）概率曲线,（,2,）累积曲线,（,4,）粒度变化曲线,（,1,）直方图和频率曲线,频率曲线,（,2,）累积曲线,（,3,）概率曲线,（,4,）粒度变化曲线,二、古生物学方法,3,、动物学的方法,1,、植物学的方法,2,、树木年轮的方法,1,、植物学的方法,（,1,）植物的生态类型,气候与植物类型和组合,云杉、冷杉、松、落叶松等构成,寒带（暗）针叶林,温度变化,H,海拔变化值,km,5. 5,（,2,）植物孢粉的应用,这是最常用的方法。注意孢粉的组合、搬运。,孢粉在剖面上的组合。,几种比值得变化：藜,/,蒿、麻黄,/,水龙骨、栎,/,（冷杉,+,云杉）,（,3,）植物大化石的应用,A,、叶缘：,锯齿型叶,全缘叶,浅裂型叶,升高,全缘叶,Lobed,浅裂,serrated,锯齿型,叶缘形态与气候的关系,热带雨林 全缘叶 比例,75,副热带雨林,57,75,亚热带雨林,40,50,温热带雨林,0,35,D,、叶质：,气候干冷：厚细腻。,热带雨林：叶面光滑。,B,、叶脉密度：,温带雨林：密度大，网眼小,热带雨林：密度小，网眼大,C,、叶面类型：,温带雨林：叶面粗糙，有纤毛。,气候干冷：粗糙。,（,4,）取样要求,A,、岩性的选择,利于孢粉研究的岩性：,细粒（粘土、粉砂质粘土、粘土粉砂、粉砂；而砾石、砂不适合孢粉研究）；,颜色深：黑色、灰色等较好，而红色较差,B,、样品要求,（,2,）重量：,250g,（,3,）在剖面上等间距取样，间距可根据剖面性质、地层年代决定。,（,1,）样品袋用塑料自封袋,2,、树木年轮的方法,（,1,）年轮宽度、密度的变化。,（,2,）碳、氧同位素的变化。,年轮宽,湿热 年轮窄,干冷,树木年轮的宽窄变化,树木年轮的宽窄与气候变化,过去,140,年和过去,1000,年气温变化（与,1961,年,-1990,年的平均值比较）。,上图数据来自测温仪器，,下图数据红线是来自测温仪器，蓝线来自树木年轮、珊瑚、冰芯以及历史文献,。,过去,200,年贺兰山树轮,纤维素的,13,C,序列和树轮宽度对比（据马利民等，,2003,）,采样要求：,（,1,）一个采样点至少要采集,20,棵相同树种的样本；,（,2,）悬崖优于石壁，迎风坡优于背风坡，陡坡优于缓坡，山脊优于山谷；,（,3,）宜选择树龄较长、年轮纹印清晰、敏感度高、伪轮和样品断裂较少的针叶树种；,（,4,）树芯样本的采集使用生长锥在距离地面,130cm,左右钻取树木横截面上的树芯；,（,5,）圆盘样本的采集使用长柄龙锯或油锯在距离地面,30,40cm,高度截取树木横截面圆盘样本。,3,、动物学的方法,环境类型：,宏观和微观两个方面。,地理型：,北方型（古北界）、南方型（东洋界）,生态型：,草原型、灌丛型、森林型、荒漠型,气候型：,喜干型、喜湿型、喜冷型、喜暖型,（,1,）典型类型分析,根据哺乳动物生活的气候特征，可划分为不同的类型,田鼠,象,周口店,第,1,地点,利用啮齿动物计算温度和降雨量,（,2,）统计分析,“,北京人,”,牙齿特征,食虫类牙齿特征,翼手类牙齿特征,兔形类牙齿特征,啮齿类牙齿特征,食肉类牙齿特征,奇蹄类牙齿特征,偶蹄类牙齿和角特征,三、地貌学方法,寒冷气候：,冰川、冻土地貌,温暖气候：,岩溶、河流、湖泊地貌,干旱气候：,风蚀、风积地貌,（,1,）成因类型,（,2,）几种特殊地貌,冰斗,温度变化,H,冰斗高度变化值,km,6.0,（,2,）几种特殊地貌,古冰楔,发育在不同沉积层：,粘土层：,5,7,砂层：,8,9,砾石层：,10,11,砾石层中古冰楔,粘土层中古冰楔,（,2,）几种特殊地貌,湖岸线、海岸线、,水下阶地、水下古河床,内蒙岱海湖面波动,四、矿物学方法,（,2,）粘土矿物,气候干冷：,伊利石、蒙脱石含量高,气候温湿：,高岭石含量高,（,1,）碎屑矿物,气候干冷：,不稳定碎屑矿物含量高,气候暖湿：,稳定碎屑矿物含量高,北京平原区一钻孔的第四纪地层划分,五、地球化学方法,用于生态环境分析的有：,Fe,3+,、,Fe,2+,、,Al,2,O,3,、,SiO,2,、,MnO,2,、,CaCO,3,、,TiO,2,等。,1,、风化强度指数,Harnois,的化学风化指数,CIW=,Al,2,O,3,x100(Al,2,O,3,+CaO+Na,2,O),总的趋势：风化指数越小，气候越干冷；反之，气候就越温暖。,土壤学中常用的指数：,（游离的）,Fe,2,O,3,/(,全,)Fe,2,O,3,2,、,CaCO,3,原生的,CaCO,3,海相地层中：冰期时大气环流加强，赤道海洋获得大量营养补给，生物产量高，,CaCO,3,沉积丰富。反之，低。,陆相地层中：含量高，气候干冷。,4,、计算古温度,硅氧化物率：,SiO,2,/Fe,2,O,3,Fe,2,O,3,黄壤,砖红壤,红壤,2.3-2.7,1.5-1.6,2-2.2,硅铝率：,SiO,2,/Al,2,O,3,硅铁率：,SiO,2,/Fe,2,O,3,3,、粘粒分子率,主要利用,Fe,3+,/Fe,2+,的比值。,t,推算的古温度值,T,当地现今的年平均温度值,M,某样品的,Fe,3+,/Fe,2+,的值与各样品的,Fe,3+,/Fe,2+,的平均值的差,X,各样品的,Fe,3+,/Fe,2+,的平均值,t,=,T,+(,TM,)/,X,或,t,=,2,T,+,Tm,/,X,六、,同位素,方法,利用一些稳定同位素进行古环境研究，目前主要利用氧、碳、氢等。,18,O,(,18,O/,16,O,样,-,18,O/,16,O,标,)/(,18,O/,16,O,标,)X1000,1,、氧同位素,深海沉积物,18,O,值得升高，水温降低。,研究表明：,CaCO,3,中的,18,O/,16,O,的,0.0023,的变化，反映海水温度的,1,。,冰芯,18,O,值得升高，气温升高。,有人研究动物化石（牙齿）和植物纤维素的氧同位素组成，,18,O,值受动物的饮水和食物的影响。,13,C,(,13,C/,12,C,样,13,C/,12,C,标,)/(,13,C/,12,C,标,)X1000,2,、碳同位素,有机碳同位素反映,C4,和,C3,植物,光合作用形成四碳化合物苹果酸或,天门冬氨酸，如玉米、甘蔗、高粱、苋菜等,光合作用形成三碳化合物磷酸甘油酸，,如小麦、水稻大豆、棉花等,C4,植物（草本为主）：,13,C,值高，,C4,植物越发育，气候越干旱。,C3,植物（木本为主）：,13,C,值低，,C3,植物越发育，气候越温暖。,13,C,0.096-0.032,x,-0.002,x,2,无机碳同位素反映温度和降水,x,=,年平均气温,/,年平均降雨量,13,C,低值对应于温暖湿润气候,13,C,高值对应于干冷湿润气候,黄土中的有机碳和碳同位素记录,古土壤层：较高，一般在,0.3%,0.64%,。,黄土层。较低，一般在,0.04%,0.45%,。,土壤层：有机碳同位素高，,-15-21,。,黄土层：有机碳同位素低，,-21-24,。,土壤层：,无机碳同位素低，,-7-10,。,黄土层：无机碳同位素高，,-4-7,。,3,、氢同位素,分析消化纤维中与碳原子（,CH,）,结合的同位素,D,-(4.3,1. 2),P,+(0.02,0.01),T,D,值越低，降雨量越高,D,值越高，降雨量越低,七、磁化率方法,气候干冷：,磁化率低,气候暖湿：,磁化率高,洛川黄土剖面地球化学、氧同位素、粉尘通量与气候关系（据安芷生等，,1999,）,磁化率取样要求：,（,1,）等间距取样,（,2,）黄土、湖积物等细粒沉积效果较好,（,3,）粗粒物质使磁化率升高,八、植物硅酸体的方法,植物硅酸体，简称植硅体，是指高等植物的根系在吸收地下水的同时，吸收了一定量的可溶性二氧化硅，这些二氧化硅经过植物的输导组织输送到了茎、叶、花、果实等处，而后在植物细胞间和细胞内沉淀下来，形成非晶质二氧化硅颗粒。,植物硅酸体的形态,渭南地区晚冰期以来部分植物硅酸体类型图式及年均温、年均降雨量（据吴乃琴等，,1994,）,九、有机高分子方法,分子化石，也称化学分子，泛指保存在地层中的各种地史时期生物体分解后的有机体分子，如古,DNA,、古蛋白、古氨基酸、类脂化合物、烃类、多糖等。,在第四纪古气候研究中，研究最多的分子化石是类脂物分子包括烷烃、芳烃、酸、醇、酮和酯等。,通过分子化石的研究进行古植被的恢复、古温度的重建、古降水量的估算、古季风变化的恢复以及其他全球性事件的揭示等。,洛川黄土剖面,S4,的磁化率、粒度和正构烷烃比值图（据张虎才等，,2007,）,