矿物岩石地球化学通报·综述·BulletinofMineralogy,PetrologyandGeochemistryVol.22No.4,2003Oct.石笋的荧光特征及其高分辨率气候环境记录刘启明1,2,王世杰1,欧阳自远1,黎廷宇1,2,谢兴能1,21.中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室,贵州贵阳550002;2.中国科学院研究生院,北京100039摘要:在分析石笋荧光特征的基础上,综述了石笋荧光应用于高分辨率气候环境记录的研究进展。石笋荧光强度反映了石笋中的有机酸含量,荧光波长特征受石笋中有机酸类型的控制,石笋中的有机酸由地表有机质经土壤水、洞穴滴水运移随碳酸盐而淀积,荧光强度与波长特征都是对地表气候环境信息的响应。通过提高荧光谱扫描精度,可得到高分辨率(1～10a)的气候环境变迁记录。分析了目前研究中存在的问题,并对发展趋势和进一步研究方向提出看法。关键词:高分辨率;气候环境;石笋;荧光中图分类号:X142文献标识码:A文章编号:100722802(2003)0420361204由于洞穴化学沉积物(石笋、石钟乳、钙板)固有下,又可得到高分辨率(1～10a)的生态环境变迁记的沉积特征及其所提供的同位素、微量元素组成和录。年龄信息,使之成为古气候记录与古生态环境的热[1～9]1石笋的荧光特征点,并已取得了长足的发展。从长尺度看,通过选取合适的洞穴化学沉积物样品,在精确定年控众所周知,一个分子在高能态(或激发态)受高制下,能够较为准确地反映不同历史时期的事件记能光源激发,以释放光子的形式释放能量的过程即录;但对于短尺度的气候与生态环境意义研究,尤其发出荧光,发出的荧光波长比激发光的波长长。有是对近2000a来高分辨率气候与环境变化的指示机质通常是由紫外光(200～400nm)激发后,释放意义,则是洞穴体系研究中相对薄弱的一环。出可见的蓝、绿(350～500nm)荧光[15]。羧基团在自1952年首先用“speleothem”一词来描述洞穴有机酸中是最重要的酸性官能团,多数天然水的pH化学沉积物[10]以来,石笋荧光特征就一直受到关值为5～8,意味着许多水溶性有机酸游离并带有负注。J1RGilson等[11]指出,洞穴碳酸盐中存在有机电荷,方解石表面有9个零点电荷,因此实际上水成质,它们是一种激活剂,受紫外线照射后能变成发光方解石表面有一个净正电荷,所以方解石是有效的体。后来又有人[12]指出,洞穴碳酸钙条纹的颜色是吸附天然水中有机质的吸附剂。流体包裹体在荧光其中存在的粘土和有机质所赋予的。到20世纪80光谱中形成喇曼峰,由光谱分析也可证实洞穴化学年代,通过实验[13,14]证实了是有机质的存在使石笋沉积物中的有机分子是完全被吸附在方解石晶体表微层受激而发出荧光。石笋中的有机质源自洞穴滴面,而不是以包裹体的形式占据空间[16]。水所带来的上覆土壤层的有机质组分。地表植被的石笋荧光绝大部分由有机酸腐殖酸(HA)和富变迁、土壤层成分对外界的响应,以及受大气降水补里酸(FA)产生,蛋白质的氨基团也能产生荧光,它充的洞穴滴水的动态变化等气候环境信息,理论上们绝大多数来自上覆土壤植物的降解产物。石笋的都可以通过石笋中有机质的荧光特征(波长、强度荧光波长受HA和FA的比例控制。由于HA分子等)得到反映。石笋中的有机质伴随碳酸盐的淀积量一般大于FA,且各自分子键与化学结构、组分的是个连续的过程,因此可作长时间范围(104～105a)不同,通常HA比FA具有更长的激发发射波长,但的大尺度气候重建,在控制荧光光谱扫描精度前提同比荧光强度更低。所以HA/FA值高的有机质相收稿日期:2003204204收到,05229改回基金项目:国家自然科学基金(90202003)、中国科学院知识创新工程项目(KZCX22105)和环境地球化学国家重点实验室创新领域项目联合资助第一作者简介:刘启明(1973—),男,江西瑞金市人,博士生,主要从事环境地球化学研究1E2mail:lqm163@163.com1©1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.263刘启明等/石笋的荧光特征及其高分辨率气候环境记录对HA/FA值低来说具有较长的激发发射波以寻求荧光变化的规律。同时对采自JewelCave的长[15～18]。石笋的荧光强度既受石笋中所有机酸分一块流石作了从92～240ka尺度分辨率的荧光强1318子结构及分子量大小、所带官能团、分子间的共轭键度分析,并与样品的δC及前期的深海钻探δO对比[31],发现在古植被变迁的解译和气候记录上各数目等有机酸自身因素