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课题设置


第一课题名称: 中国西部现代风化过程与碳循环

研究目标: 通过对青藏高原及其周边流域雨水、地表水、河流沉积物及风化壳物质的化学和矿物学组成、U系和宇宙成因核素分布、以及多种稳定同位素组成及其变化规律的研究,从剖面和流域两个尺度认识不同地形地貌、不同气候带以及不同植被覆盖条件下的物理剥蚀和化学风化及其速率,揭示大地构造和气候控制下地表关键带(或风化壳)形成过程中的物理-化学-生物协同作用机制,为建立全球气候变化与大陆风化的相互作用理论和模型提供科学基础,为新生代风化指标记录的解释和剥蚀风化与气候变化的关系和机制的理解提供现代过程依据。

研究内容:根据课题研究目标,拟开展以下四个方面的研究工作。

1、青藏高原及其周边流域化学风化及其CO2消耗速率研究 这项内容包括两项研究工作:一是大气沉降物的地球化学研究;二是地表水(河水和泉水)地球化学研究。 利用我国现有青藏高原大气监测站的条件(如中国科学院青藏高原研究所),在部分地区采集代表性(根据青藏高原气候特征布置时间和空间上的采样计划)大气干湿沉降,主要对其进行化学组成和课题有关部分同位素(Sr,S)组成进行分析,为分析讨论大气沉降对流域物质循环贡献提供依据。 对青藏高原地表水地球化学研究,主要采集青藏高原主要河流(金沙江、澜沧江、怒江、代表性盆地、及黄河上游干流、支流、溪流)河水和泉水样品,分析其化学组成和同位素(87Sr/86Sr、d7Li、d11B、d30Si、d13C、d34S)组成,估算青藏高原及其东部周边流域的化学侵蚀速率,分析青藏高原及其东部周边地区现代化学风化特征、风化速率及其与区域气候、地形地貌、地质和生态之间的定性关系。

 2、青藏高原及其周边流域物理风化及其速率研究采集河水样品的同时,采集河水悬浮物、河床沉积物和河流阶地沉积物进行矿物学、主量和微量元素化学、U系和核素(10Be、26Al、36Cl)含量和组成分析,主要探讨流域物理风化强度和流域物理侵蚀速率,并分析物理风化与化学风化之间的关系和分析风化强度和速率与流域地形地貌之间的关系。

 3、风化壳或关键带(Critical Zone)形成和演化研究在青藏高原东部采集不同植被覆盖岩石(以便对比,将主要采集花岗岩风化剖面)风化壳和土壤剖面进行矿物学、元素地球化学(主量和微量元素)、稳定同位素(7Li、11B、30Si、13C、34S、15N、87Sr/86Sr)组成及U系和核素(10Be、26Al、36Cl)含量和组成分析,拟解决以下几个问题:(1)风化壳矿物组成与次生矿物成因和组合变化以及风化强度;(2)风化壳化学组成变化、元素迁移和化学风化;(3)风化壳年龄和形成速率;(4)风化壳形成的生物作用。

4、不同时间尺度青藏高原剥蚀风化速率研究 河流阶地和山前盆地沉积记录的矿物学、U系和核素含量与组成分析利用河流阶地和山前盆地堆积的矿物学、元素地球化学、同位素组成(如Sr和Nd)记录以及U系和宇宙成因核素活度与组成记录,从现在(上述河水和河流沉积物等研究)、数千年(U系同位素)和数万年(U系)以及数十万年(10Be、26Al)几个尺度研究过去青藏高原的物理剥蚀速率,讨论其与过去全球气候变化之间的关系。其中重点研究近100年来代表性封闭湖泊记录的全球变暖对剥蚀风化的影响研究。

经费比例:29%

承担单位:中国科学院地质与地球物理研究所(第一承担单位)、天津师范大学、中国科学院地球化学研究所、中国科学院青藏高原研究所

课题负责人:徐志方

参加人员: 赵志琦、刘忠方、候居峙、李军、Benjamin Chetelat

 

第二课题名称:中国西部季风区新生代剥蚀风化记录与季风气候变化

研究目标:通过我国西部印度季风区和东亚季风区代表性盆地新生代地层高精度年代学序列的建立,完成各种风化及气候代用指标记录的分析;估算新生代以来不同阶段盆地新生代剥蚀-风化速率和通量及其无机碳消耗和有机碳埋藏通量,揭示剥蚀风化与高原隆升阶段、不同季风系统气候变化的关系,为揭示全球范围内青藏高原隆升-大陆剥蚀风化-碳循环与全球变化相互影响和机制研究提供区域实例和记录保证。

研究内容

1. 我国西部季风区代表性盆地新生代地层年代序列研究

通过青藏高原周边印度季风区和东亚季风区代表性新生代盆地天然剖面和部分已有钻探岩心(包括兰坪-思茅盆地勐腊地区新近挖出的良好的天然剖面及已有1200米深钻岩心(中国科学院青藏高原研究所和中国地质科学院矿产资源研究所联合钻探)组成的古新世至渐新世地层,以及剑川盆地出露的渐新世至中新世的地层、云南鹤庆深钻岩心获取的上新世-第四纪地层、黄土高原新生代盆地地层和庄浪黄土-红粘土钻探组成的新生代地层序列)的高密度采样和系统的古地磁年代测定,结合哺乳动物和孢粉等微体古生物化石地层年代学及部分可能的火山岩或火山沉积的放射性同位素测年,建立完整连续的新生代地层年代序列,保证剥蚀风化记录的精确年代控制。

2. 我国西部印度季风区新生代剥蚀记录研究

通过上述高精度的新生代地层的年代序列,结合云南兰坪-思茅、剑川和鹤庆盆地地震资料、天然剖面和已有钻探岩心以及部分相关剥蚀区的热年代冷却剥蚀历史分析,精细计算不同时期盆地的沉积速率和有机碳埋藏通量,估算盆地边缘山地的不同时期的剥蚀和碳埋藏量变化;详细分析各种风化(如Rb/Sr、硅酸岩粘粒及化学成分、生物或自生Sr-Li同位素组成)和气候(生物或自生碳酸盐C-O稳定同位素、Fe矿物、粘土矿物、孢粉、有机质组成等)代用指标,获取这些盆地完整的新生代风化和气候变化记录,推算不同时期硅酸盐风化速率与通量,考察它们与印度季风气候变化的关系。

3. 我国西部东亚季风区新生代剥蚀/风化速率与通量研究

通过上述有精细年代控制的新生代地层序列,结合兰州盆地地震剖面和庄浪钻孔资料以及部分相关剥蚀区的热年代冷却剥蚀历史分析,精细计算不同时期盆地的沉积速率和有机碳埋藏通量,估算盆地边缘山地的不同时期的剥蚀和碳埋藏量变化;详细分析各种风化(如Rb/Sr、硅酸岩粘粒及化学成分、生物或自生Sr-Li同位素组成)和气候(生物或自生碳酸盐C-O稳定同位素、Fe矿物、粘土矿物、孢粉、有机质组成等)代用指标,获取这些盆地完整的新生代风化和气候变化记录,推算不同时期硅酸盐风化速率与通量,考察它们与东亚季风气候变化的关系。

4、不同季风/构造系统背景下新生代剥蚀风化的区域差异及其制约机理 将上述两个季风系统条件下重建的新生代地表剥蚀风化和碳消耗序列与Baikal湖深钻等其他长时间尺度大陆气候记录及深海氧同位素进行时空对比,揭示高原隆升阶段的空间差异性及其对季风气候、地表剥蚀风化以及碳消耗通量的内在联系;通过与海洋记录的全球剥蚀风化速率和CO2变化的对比,为检验“高原隆升-剥蚀风化-气候变化”假说提供陆地记录实例,进一步理解构造、季风、风化之间的耦合过程。

经费比例:24%

承担单位: 中国科学院地球环境研究所(第一承担单位)、中国科学院青藏高原研究所

课题负责人: 金章东

参加人员: 颜茂都、吴福莉、韩文霞、敖红

 

第三课题名称: 中国西部西风区新生代剥蚀风化记录与古气候变化

研究目标:通过我国西部西风区代表性盆地新生代地层高精度年代学序列的建立和各种风化及气候代用指标记录的分析,估算不同时期盆地新生代剥蚀-风化速率和通量及其对全球碳循环的贡献,揭示剥蚀风化与区域古气候变化的关系,为探讨全球范围内青藏高原隆升-大陆剥蚀风化-碳循环与全球变化相互影响和机制研究提供记录保证。

研究内容

1. 我国西部西风区代表性盆地新生代地层年代序列研究

通过青藏高原周边西风区代表性新生代盆地天然剖面和部分已有钻探岩心的古地磁年代测定,结合哺乳动物化石年代学和部分可能的火山岩或火山沉积的放射性同位素测年,构建完整的新生代地层年代序列,确保剥蚀风化记录的精确年代控制。

2. 我国西部西风区新生代剥蚀记录研究

基于上述高精度的新生代地层年代序列,利用盆地地震剖面和钻孔资料,精细计算不同时期盆地的沉积速率变化和接受的沉积通量,结合盆地周边山体的热年代学研究,估算盆地边缘山地的不同时期的剥蚀量变化。

3. 我国西部西风区新生代风化记录与古气候变化研究

基于精细年代控制的新生代地层序列,详细分析各种风化和气候代用指标,获取这些盆地完整的新生代风化和气候变化记录,推算不同时期风化速率与通量,并探讨它们与区域气候变化的关系。

经费比例:23%

承担单位: 中国科学院地质与地球物理研究所(第一承担单位)、兰州大学

课题负责人:孙继敏

参加人员: 宋春晖、熊尚发、靳春胜

 

第四课题名称: 青藏高原隆升与我国西部新生代剥蚀风化及全球变化的关系

研究目标: 通过系列山地热年代学和盆山耦合构造精细研究,建立青藏高原边缘季风和西风区新生代重大变形隆升事件序列和幅度;通过对比和模拟分析,揭示高原隆升、剥蚀风化和全球变化之间的相互作用关系。

1. 青藏高原边缘季风和西风区山地系列热年代学与山地隆升过程研究

对高原边缘季风和西风区上述新生代地层测年的盆地相关的周边山地,开展系统的Ar-Ar、FT和U-Th/He系列热年代学冷却历史分析,捕获重大的隆升事件,揭示山地的隆升过程。

2. 青藏高原边缘季风和西风区代表性新生代盆地变形历史与周边山地隆升过程研究

通过高原边缘季风和西风区代表性新生代盆地盆山结合部冲断褶皱体系的形成演化研究,以及盆地形成演化的精细分析和平衡剖面恢复等,揭示周边山地的变形隆升过程,并半定量反演其幅度。

3. 青藏高原边缘季风和西风区代表性新生代盆地周边山地古高度历史研究

通过上述测年的新生代地层中的有机质氢同位素组成、古土壤和湖泊自生碳酸盐碳氧同位素组成以及孢粉植被分析,利用它们的高度计理论分析公式或现代过程下建立的高度计统计模型,大致估算山地的古高度变化历史。

4. 古新世/始新世交界处P/E事件与全球快速增温历史相似型研究

P/E事件是新生代历史中与现代全球CO2和温度快速升高速率最接近的一次全球快速升温事件,导致了全球气候和生态环境的急剧变化。通过我国大陆几个主要地点代表性古新世/始新世交界处P/E事件期间详细的地层年代学、孢粉和有机质组成、总碳和单体碳氢同位素组成等生态环境指标、以及各种风化和古气候指标的系统分析,揭示我国大陆当时的风化、古气候和生态环境响应特征和过程,分析自然界通过什么机制和过程将快速增加的大气CO2吸收掉恢复到事件前的水平,从而为依据自然机制能否制定相应措施加快自然过程,从而更快吸收大气CO2,提供科学依据。

5. 青藏高原隆升与大陆剥蚀风化和全球变化相互作用的关系研究

通过青藏高原隆升记录(事件、阶段和幅度)、不同时间尺度大陆剥蚀和风化记录、季风和西风区区域气候变化记录,以及全球变化记录的详细对比,并通过现代过程观测得到的新参数,改进或提出新的地质碳循环模型,开展数值模拟,分析它们之间的相互关系,揭示青藏高原隆升对大陆剥蚀风化的影响以及它们对全球变化的影响过程与机制。

经费比例:24%

承担单位: 中国科学院青藏高原研究所(第一承担单位)、兰州大学

课题负责人: 方小敏

参加人员: 戴霜、王世锋、白艳、张伟林

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