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研究生: 郭子興
Kuo, Tz-Shing
論文名稱: 貴州中西部一千年來的氣候和環境變化記錄:石筍ZJD-21記錄
Climate and environmental changes during the past millennium in central western Guizhou:Stalagmite ZJD-21 record
指導教授: 李紅春
Li, Hong-Chun
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 地球科學系
Department of Earth Sciences
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 67
中文關鍵詞: 石筍織金洞石漠化古氣候穩定同位素
外文關鍵詞: Karst-desertification, Stable Isotopes, Zhijin Cave, Paleoclimate, Stalagmite
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  • 為研究貴州中西部古氣候及環境變化,2006年自貴州織金縣織金洞採集一個12.3公分長的石筍ZJD-21,剖開後內部純淨、無明顯生長間斷。210Pb定年結果石筍前1cm呈指數衰變的趨勢,顯示石筍在過去100年內一直生長,沉積速率大致穩定約為0.059mm/year。由於樣品的鈾含量很低,年齡很年輕,鈾系質譜定年結果誤差較大,我們從7個數據中選出4個比較合理的230Th/U年齡,建立石筍老於100年部分的年齡。230Th/U定年結果表明,此石筍頂部4公分生長速率約0.045 mm/year,與210Pb數據結果相近;而4~12.3cm部分生長速率約0.385 mm/year,顯示這根石筍在過去1100年來連續生長。
    在過去的1100年當中,石筍ZJD-21的δ18O顯示,在西元900-950、1150-1350、1450-1550和1850-1950,這些時間區段δ18O較輕,指示相對較為溼潤的氣候;西元950-1050、1350-1450、1550-1850和1950-2000,這些時間區段δ18O較重,指示相對較為乾燥的氣候。在包括中世紀暖期與小冰期的這1100年的記錄中,我們可以看見季風地區的氣候並非只有冷-乾與暖-濕的水熱配合模式,也能看到冷-濕與暖-乾的組合。
    根據ZJD-21碳氧同位素分析結果,δ18O值輕代表降雨較多,氣候較濕潤,地表植被發育較好,因此會使δ13C也變輕,在大部分時間δ18O與δ13C有某程度上的正相關性。然而,ZJD-21記錄在近三百年來顯示δ13C與δ18O有明顯的不同變化趨勢,代表δ13C較不受自然因素控制,可能受人為影響較大。西元1700以來清朝雍正為了開採貴州礦藏,移入大量人口,導致大規模開墾荒地,使得明朝以來的石漠化加劇。而近百年來人口的增加,也使得貴州的石漠化問題更趨嚴重。石筍ZJD-21的δ13C中,確實記錄了人類對石漠化的影響大於自然環境對石漠化的影響。

    A 12.3-cm long calcite stalagmite, ZJD-21 was collected at its growth position from Zhijin Cave in 2006, for studying changes in climate and environment in the west Central Guizhou during the past 1000 years. The 210Pb dating results and growth features indicate that the stalagmite has been growing continuously during the past 100 years with a growth rate of 0.059mm/year. Seven 230Th/U ICP-MS dates have been made on the stalagmite, but with large uncertainties due to low U contents and young ages. From four selected reasonable dates, we estimate that the growing rate of the stalagmite is 0.045 mm/year in the upper 4cm; and 0.385 mm/year between 4 and 12.3cm spanning the past 1100 years. The estimated growth rate for the upper 4cm is close to that determined from the 210Pb dating results.
    The 18O record of ZJD-21 shows that during the past 1100 years, 18O values during the periods of A.D.1250~1410, 900-950, 1150-1350, 1450-1550 and 1850-1950 were relatively light, reflecting wetter climates. During the periods of A.D. 950-1050, 1350-1450, 1550-1850 and 1950-2000, relatively heavy 18O values probably indicate drier climates. Our record also indicates that relatively dry climates occurred in the Medieval Warm Period (MWP), and relatively wet climates were prevailing during the late half of the Little Ice Age (LIA). On decadal-centennial time scales, climatic modes should have four patterns including warm/wet and cold/day, as well as warm/dry and cold/dry.
    Under wet climate shown by the lighter 18O, the vegetation coverage above the cave should be better, which lead to lighter 13C. Therefore, one may expect that 13C and 18O co-vary in a stalagmite when both proxies reflect surface conditions under climate influence. The 13C record of ZJD-21 follows the 18O trend before 300 yr B.P., but shows a strongly increasing trend during past 300 years. This increasing trend reflects strongly decrease of surface vegetation affected mainly by human activity regardless of climate conditions. During the reign of Emperor Yong Zheng of Qin Dynasty, large immigration occurred toward west central Guizhou due to mining of copper. This historically recorded event caused a significant deforestation, so that the karst-desertification began then. Beginning in late 1890s, the surged population led to serious karst-desertification in the area, especially during the past 50 years.

    目錄 摘要……………………………………………………………………I Abstract………………………………………………………………III 誌謝……………………………………………………………………V 章節目錄………………………………………………………………VI 圖目錄…………………………………………………………………IX 表目錄…………………………………………………………………XI <章節目錄> 第一章 前言 1 1.1研究背景 1 1.2研究目的 2 1.3前人研究 3 1.3.1氧同位素相關研究 4 1.3.2碳同位素相關研究 6 1.3.3貴州石筍及織金洞相關研究 8 第二章 原理 11 2.1洞穴石筍形成基本原理 11 2.2同位素分餾原理 12 2.2.1氧同位素 12 2.2.2碳同位素 13 2.3 定年原理 14 2.3.1 210Pb定年法 14 2.3.2 230Th/U定年法 15 2.4儀器分析原理 18 2.4.1 X光繞射分析儀(X-ray Diffractometer) 18 2.4.2 IRMS 同位素比值質譜儀 19 2.4.3 ICP-MS 感應偶合電漿質譜儀 21 第三章 研究區域介紹 23 3.1喀斯特地形簡介 23 3.2石漠化介紹 24 3.3貴州省介紹 27 3.4織金洞概況 28 第四章 實驗方法與樣品取樣 31 4.1研究方法 31 4.2樣品取樣位置 33 4.3實驗步驟 34 4.3.1 X光繞射分析儀(X-ray Diffractometer) 34 4.3.2 210Pb定年 34 4.3.3 230Th/U定年 34 4.3.4碳酸鹽碳氧同位素分析流程 36 第五章 樣品觀察與分析結果 37 5.1樣品外觀描述 37 5.2數據與結果 38 5.2.1 XRD分析 38 5.2.2 210Pb定年 39 5.2.3 230Th/U定年 42 5.2.4 ZJD-21 碳氧穩定同位素記錄 45 第六章 結論 59 第七章 參考文獻 61 <圖目錄> 圖1-1 降雨效應示意圖…………………………………………………5 圖1-2 洞穴沉積物中碳同位素來源及δ13C變化示意圖……………7 圖1-3 貴陽、遵義降雨中δ18O對比圖……………………………… 9 圖1-4 貴陽降雨量和降雨中δ18O對比圖……………………………9 圖1-5 貴州中偏西部洞穴與地表水樣的δD和δ18O的相關圖…..10 圖2-1 洞穴沉積物形成示意圖………………………………………..12 圖2-2 過剩210Pb及支持210Pb示意圖……………………………..14 圖2-3 鈾系衰變序列…………………………………………………..15 圖2-4 同位素比值質譜儀基本構造…………………..………………..19 圖2-5 IRMS法拉第杯示意圖………………………….……………..20 圖2-6 Dual inlet示意圖………………………………….…………….20 圖2-7 ICP-MS構造圖……………………………….………………..21 圖2-8 離子變焦透鏡示意圖…………………………………………..22 圖2-9 ICP-MS法拉第杯……………………………………………..22 圖2-10 電子倍增管……………………………………………………22 圖3-1 貴州喀斯特地形石漠化面積圓餅圖………………………......25 圖3-2 貴州石漠化的地區耕地情形..…………………………………26 圖3-3 貴州地區石漠化的現象………………………………………26 圖3-4 貴州省地圖…………..……..……………….……………….. 27 圖3-5 織金地區器測資料………………………….………………….28 圖3-6 織金洞與周邊石漠化等級圖……………….………………….30 圖4-1 研究方法與流程………………………….…………………….32 圖4-2 各種樣品取樣位置……………….………...……….………….33 圖5-1 石筍ZJD-21(未拋光)…………….…………………….……….37 圖5-2 石筍ZJD-21(拋光後)…………….…………….………….…….37 圖5-3 XRD分析數據圖……………….……….….……………….…38 圖5-4 210Pb定年數據(之一) ……………....……..…………………40 圖5-5 210Pb定年數據(之二) …………………….…………………40 圖5-6 210Pb衰變趨勢……………………………………………..41 圖5-7 石筍深度對230Th/U定年年齡做圖……………………..……..44 圖5-8 織金縣與荔波縣位置圖………………………………………..45 圖5-9 織金洞ZJD-21與董哥洞的δ18O比對………………………46 圖5-10 織金洞ZJD-21與ZJD-9C碳氧同位素比對圖…………….48 圖5-11 近80年貴陽器測紀錄與ZJD-21比對圖…….……………..49 圖5-12 近50年各石筍及太陽輻射對比圖…………………………...50 圖5-13 石花洞、黃龍洞、和尚洞、織金洞所在位置……………….50 圖5-14 ZJD-21 隨年代的碳氧同位素變化趨勢圖~1…..…………..51 圖5-15 ZJD-21 隨年代的碳氧同位素變化趨勢圖~2…..….…..…..52 圖5-16 全國與貴州人口密度統計……………………………………55 圖5-17 全國與貴州人口密度成長率統計……….…………..……….55 圖5-18 全中國與貴州地區耕地面積趨勢圖…………………..……..56 圖5-19 全中國與貴州地區耕地面積成長率……………………..…..56 圖5-20 清鎮位置圖…………………………………………………....57 圖5-21 清鎮市近50年人口成長圖…………………………………..57 <表目錄> 表3-1 貴州喀斯特地形石漠化面積…………………………………24 表3-2 喀斯特石漠化分級遙感調查標準表…………………………29 表5-1 210Pb定年數據………………………………………………39 表5-2 ZJD-21的230Th/U定年結果………………………………43 表5-3 清朝全中國與貴州地區的人口成長統計……………………54 表 5-4 清朝全中國與貴州地區的田地成長統計……………………54 表5-5 清鎮、織金、貴州的人口密度變化趨勢…………………58

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    下載圖示 校內:2010-07-30公開
    校外:2010-07-30公開
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