مدل سازی دیرینه محیطی با استفاده از ایزوتوپهای پایدار اکسیژن و کربن در کربنات های پدوژنیک و سیمانی حوضه آبخیز رودخانه سقز
محورهای موضوعی :زهرا هاشمی دهقی 1 , بهاره اصانلو 2 , خه بات درفشی 3
1 - مرکز تحقیقات چشم
2 - دانشگاه خوارزمی
3 - شهيد بهشتي
کلید واژه: کربنات پدوژنیک, ایزوتوپ پایدار, گیاهان C3 و C4, حوضه آبخیز سقز,
چکیده مقاله :
ترکیب ایزوتوپی کربن و اکسیژن در کربنات های پدوژنیک به عنوان ابزار مهمی جهت بازسازی شاخص های محیطی گذشته مانند دما، بارندگی مؤثر و غلظت گاز کربنیک اتمسفری در زمان تشکیل کربنات ها و شناسایی تاریخچه پوشش گیاهی و فهم فرآیندهای ژئومورفیک به کار گرفته شده اند. در این مطالعه 16 نمونه، شامل 8 نمونه از کربنات های پدوژنیک افق خاک قدیمی و 8 نمونه ازسیمان های کربناتی کنگلومراهای رودخانه ای برای آنالیز ترکیبات ایزوتوپی اکسیژن و کربن در حوضه آبخیز رودخانه مورد استفاده قرار گرفتند. مقادیر پایین δ18O نشان داد که دمای هوا در زمان تشکیل کربنات ها 9/7 درجه سانتی گراد بوده که حدود 5/5 درجه سانتی گراد نسبت به زمان حاضر سردتر است. مقادیر δ13C در زمان تشکیل کربنات های پدوژنیکی و تکامل پروفیل خاک، ترکیب غالب از پوشش گیاهی C4 را نشان می دهد؛ اکوسیستم های با غالبیت گیاهان C4 دارای فصل رشد در دوره گرم سال با تنش رطوبتی قابل ملاحظه هستند. بررسی همبستگی میان مقادیر δ18O و δ13C در دو نوع کربنات پدوژنیک و سیمانی بیانگر آن است که مقدار این همبستگی در کربنات های پدوژنیک بیش تر بوده و احتمالاً نشان از آن دارد که آب بارش و CO2 موجود در خاک (نرخ تنفس گیاهان) عوامل اصلی کنترل کننده این مقادیر هستند؛ اما در مورد کربنات های سیمانی باید گفت که فعالیت آب های زیرزمینی، ارگانیسم ها و منابع کربنات اولیه هم می توانند بر مقادیر ایزوتوپی کربن نمونه های سیمانی کنگلومرا تأثیرگذار باشند.
have been used as an important tool in paleoenvironment indices reconstruction including temperature, effective precipitation and atmospheric carbonate gas concentration during carbonate formation and determining vegetation history and geomorphic processes. In view of this, 16 samples including eight samples of paleosols horizon pedogenic carbonate and eight samples of river conglomerate carbonate cements were collected to measure of carbon and oxygen stable isotope composites. The low values of δ18O showed that the air temperature during carbonates formation was 7.9 ˚C which was cooler ca. 5.5 ˚C compared to current air temperature. The δ13C value during formation of pedogenic carbonates and soil profile evolution showed that C4 vegetation is dominated that means the ecosystems with C4 dominate vegetation have growth period in warm season and considerable moisture stress. The correlation between δ18O and δ13C values was higher in pedogenic carbonates demonstrating precipitation water and CO2 in soil (vegetation reparation ratio) are main controlling factor of these values however, in cement carbonates as well as precipitation water and CO2, groundwater, organism and primary carbonates sources could be affected carbon isotope values.
1. افتخاری، ک.، و محمودی، ش. (1380)، رده¬بندی و خصوصیات کانی شناسی خاک¬های گچی و آهکی انتخابی در دشت سلفچگان استان قم. مجله علوم خاک و آب، ویژه نامه خاکشناسی و ارزیابی اراضی، دانشگاه تهران: 120-137؛
2. بیات، ا.، خادمی، ح. و کریم¬زاده، ح.ر. (1389)، ایزوتوپ¬های پایدار و تغییرات پالئواکولوژیک در سطوح ژئومرفیک شرق اصفهان. مجله علوم دانشگاه تهران، 33 (1): 95-102؛
3. بیات، ا.، کریمی، ع.، خادمی، ح.، و کهل، م. (1392)، اقلیم گذشته شمال¬شرق ایران، آشکاره شده
به¬وسیله ایزوتوپ¬های پایدار اکسیژن در کربنات¬های پدوژنیک. نخستین همایش ملی کاربرد ایزوتوپهای پایدار، 18 و 19 اردیبهشت، دانشگاه فردوسی مشهد؛
4. ثروتی، م.، جعفرزاده، ع. ا.، حیدری، ا.، و شهبازی، ف. (1390)، تأثیر ژئومورفولوژی بر نمودهای خاکساختی آهک در برخی خاک¬های جنوب شهرستان اهر. مجله دانش آب و خاک، 21 (1): 43-55؛
5. Abels, A.H., Lauretano, V., Yperen, A.E., Hopman, T., Zachos, J., Lourens, L.J., Gingerich, P.D., and Bowen, G.J. (2016), Environmental impact and magnitude of paleosol carbonate carbon isotope excursions marking five early Eocene hyper-thermals in the Bighorn Basin, Wyoming. Climate of the Past, 12: 1151-1163;
6. Achyuthan, H., Quade, J., Roe, L., and Placzek, C. (2007), Stable isotopic composition of pedogenic carbonates from the east margin of the Thar Desert, Rajasthan, India. Quaternary International Journal, 162-163: 50-60;
7. Akhani, H., Trimborn, P., and Zieler, H. (1997),Photosynthetic pathways in chenopodiaceous from Africa, Asia and Europe with their ecological, phytogeographical and taxonomical importance. Pl. Syst. Evol, 206: 187-221;
8. Blank, H.R. and Tynes, E.W. (1965), Formation of caliche in situ. Geo. Soc. Am. Bull. 76: 1387-1392;
9. Blank, R.R., and Forsberg, A. (1990), Micromorphology and classification of secondary calcium carbonate accumulations that surround or occur on the underside of coarse fragments in Idaho (U.S.A). Developments in /soil Science, (19): 341-346;
10. Bradley, R.S. (1999), Paleoclimatology: Reconstructing Climates of the Quaternary, Academic Press. New York, pp. 467;
11. Buol, S.W., Southard, R.J., Graham, R.C., and McDaniel, P.A. (2003), Soil Genesis and Classification. Iowa State Press, Iowa, pp. 234;
12. Burns, S.J., and Matter, A. (2006), Geochemistry of carbonate cements in surficial alluvial conglomerates and their paleo-climatic implications, Sultanate of Oman. DOI: 10.1306/D426805E-2B26-11D7-8648000102C1865D;
13. Cerling, T.E. (1984), the stable isotopic composition of modern soil carbonate and its relationship to climate. Earth Plant Science. Lett, 71: 229-240;
14. Cerling, T.E., and Quade, J. (1993), Stable Carbon and Oxygen Isotopes in Soil Carbonates. Climate Change in Continental Isotopic Records, Geophysical Monograph, American Geophysical Union, Washington, DC, 78: 217-231;
15. Cleveland, D.M., Nord, L.C., Dworkin, S.I., and Atchley, S.C. (2008), Pedogenic Carbonate Isotopes as Evidence for Extreme Climatic Events Preceding the Triassic-Jurassic Boundary: Implications for the Biotic Crisis? Geological Society of America Bulletin, 120:1408-1415;
16. Dworkin, S.I., Nordt, L., and Atchley, S. (2005), determines terrestrial paleo-temperatures using the oxygen isotopic composition of pedogenic carbonate. Earth and Planetary Science Letters, 237: 56-68;
17. Eren, M. (2011), Stable isotope geochemistry of quaternary calcretes in the Mersin area. Southern Turkey, A comparison and implications for their origin. Chemie der Erde, 71: 3-37;
18. Faure, G. (1986), Principles of Isotopic Geology. John Wiley and Sons, New York, pp. 342;
19. Gile, L.H., Peterson, F.F., and Grossman, R.B. (1966), Morphological and genetic sequences of carbonate accumulation in desert soils. Soil Science, 99: 74-82;
20. Griffiths, H. (1998), Stable Isotopes; integration of biological, ecological and geochemical processes. Oxford; Bios Scientific Publishers, pp. 551;
21. Han, J.M., Jiang, W.Y., Liu, T.S., Lu, H.Y., Guo, Z.T., and Wu, N.Q. (1996), Carbonate isotopic records of paleoclimate changes in Chinese loess. Science in China (Series D), 39: 458-467;
22. Khademi, H., and Mermut, A.R. (1998). Micromorphology and Classification of Argils and Associated Gypsiferous Aridisols from Central Iran, Catena, 54: 439-455;
23. Kowler, A.L. (2007), the stable carbon and oxygen isotopic composition of pedogenic carbonate and its relationship to climate and ecology in Southeastern Arizona, pp. 57;
24. Levin, E.N., Brown, F.H., Behrensmeyer, A.K., Bobe, R., and Cerling, T.E. (2011), Paleosol carbonates from the Omo Group: Isotopic records of local and regional environmental change in East Africa. Pale geography, Pale climatology, Pale ecology, 307: 75-89;
25. Liu, B., Philips, M.F., and Campbell, A.R. (1996), Stable carbon and oxygen isotopes of pathogenic carbonates, Ajo Mountains, southern Arizona: implications for paleo-environmental change. Paleogeo, Paleoclim, Paleoeco, 124: 233-246;
26. Monger, H.C., Cole, D.R., Gish, J.W., and Giordano, T.H. (1998). Stable carbon and oxygen isotopes in Quaternary soil carbonates as indicators of Eco-geomorphic changes in northern Chihuahuan Desert, USA. Geoderma, 82: 137-172;
27. Nikiforoff, C.C. (1937), General trends of the desert type of soil formation. Soil Science: 105-131;
28. Ryskov, Y.G., Velichko, A.A., Nikolaev, V.I., Oleinik, S.A., Timireva, S.N., Nechaev, V.P., Panin, P.G., and Morozova, T.D. (2008), Reconstruction of the paleo-temperature and precipitation in the Pleistocene according to the isotope composition of humus and carbonates in loess on the Russian Plain. Eurasian Soil Science, 41: 937-945;
29. Schaetzl, R., and Anderson, S. (2005), Soils genesis and geomorphology. First published, Cambridge University Press, pp. 817;
30. Sheldon, N.D., and Tabor, N.J. (2009), Quantitative paleo-environmental and paleo-climatic reconstruction using paleosols. Earth-Sciences Reviews, 95: 1-52;
31. Tandon, S.K., and Kumar, S. (1999), Semi-Arid/Arid Zone Calcretes: A review. Paleo-environmental Reconstruction in Arid Lands: 109-152.
32. Threadwell-Steitz, C., and McFadden, L.D. (2000). Influence of parent material and grain size on carbonate coating in gravelly soils, Palo Duro Wash, New Mexico, Geoderma, 94: 1-22;
33. Wright, V.P., and Tucker, M.E. (1991), Calcretes: An introduction, In: Wright, V.P., Tucker, M.E. (Eds), Calcretes. Blackwell Scientific, Oxford: 1-22.
