貴州納朵洞洞穴水水化學(xué)和δ13CDIC變化特征及其環(huán)境意義.pdf

1、巖溶洞穴次生沉積物作為研究氣候演變的重要載體已經(jīng)取得了令人矚目的成果。諸如石筍等次生沉積物中有著豐富的替代指標(biāo)，如δ18O和δ13C、微量元素、生長速率等，可提供溫度、大氣降水、植被、水文條件等多種古氣候古環(huán)境信息進(jìn)行古氣候重建。然而，洞穴水在傳遞、記錄外界環(huán)境信號(hào)的過程中，受到方解石前期沉積作用（prior calcite precipitation，PCP）、位置、滴水水動(dòng)力類型、水在洞穴頂板內(nèi)的水文地球化學(xué)過程等因素的綜合影響。導(dǎo)

2、致各項(xiàng)指標(biāo)的環(huán)境指示意義存在不確定性和多解性。因此，加強(qiáng)現(xiàn)代洞穴的監(jiān)測(cè)工作，充分理解巖溶洞穴的水文化學(xué)過程，對(duì)應(yīng)用洞穴次生沉積物進(jìn)行高分辨率的古氣候重建具有重要意義。
　　本文選取貴州關(guān)嶺納朵洞為研究區(qū)域，對(duì)洞內(nèi)洞穴水進(jìn)行長期定點(diǎn)監(jiān)測(cè)和實(shí)驗(yàn)分析。監(jiān)測(cè)的指標(biāo)包括溫度、濕度、CO2濃度等洞穴環(huán)境指標(biāo)，滴水滴速、電導(dǎo)率、pH、δ13CDIC值，以及K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SO42-、HCO3-等主要離子濃度。旨在通過野外取樣、

3、實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀筚Y料，分析各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)洞穴水的水文地球化學(xué)變化特征及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制，以期了解納朵洞水動(dòng)力地球化學(xué)過程，并探討洞穴水水文地球化學(xué)特征對(duì)外界環(huán)境變化的響應(yīng)，為解譯洞穴次生沉積物所記錄的環(huán)境信息提供理論參考。經(jīng)初步研究得出以下結(jié)論：
　?。?）對(duì)納朵洞洞穴水地球化學(xué)特征分析發(fā)現(xiàn)，不同性質(zhì)洞穴水地球化學(xué)特征主要受到上覆基巖溶解和土壤淋濾的控制。不同滴水點(diǎn)受到巖溶水洞頂運(yùn)移路徑不一致，水—土—巖反應(yīng)時(shí)間不同的影響，洞穴水離子

4、濃度變化范圍和均值存在一定差異。
　?。?）納朵洞洞穴水對(duì)當(dāng)?shù)亟邓泻芎玫睦^承和響應(yīng)，可以有效反映外界環(huán)境變化。洞穴水pH、EC和HCO3-受到氣溫、降水以及CO2濃度等物理?xiàng)l件變化的影響，對(duì)CO2存在吸收和溢出情況的差異，有明顯的季節(jié)變化。2014年雨季大氣降水的異常偏多對(duì)洞穴水的稀釋作用在其pH值和HCO3-濃度上也有一定體現(xiàn)。
　　（3）由于雨季基巖溶解和土壤淋濾作用增強(qiáng)，Ca2+、Mg2+、Sr2+和SO42-濃度均

5、表現(xiàn)出雨季高于旱季的季節(jié)性變化。四種離子對(duì)極端氣候事件引起的年際間降水變化的響應(yīng)比較敏感，2013年雨季的Ca2+、Mg2+、Sr2+、SO42-濃度高且平穩(wěn)，而2014年雨季其濃度偏低且波動(dòng)大。2014年降水的異常偏多，使得降水的稀釋作用在對(duì)洞穴水地球化學(xué)特征的影響程度上超過了其對(duì)可溶性基巖和上覆土壤的溶解和淋濾作用。各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)對(duì)強(qiáng)降水事件的響應(yīng)程度和時(shí)間并不一致，其具體的響應(yīng)過程與降水強(qiáng)度、研究區(qū)巖層特點(diǎn)以及巖溶裂隙發(fā)育程度等多方面

6、因素有關(guān)。
　?。?）洞穴水雨季 SIc降低，PCO2升高，二者的變化主要受控于 pH值。在溫度適宜的情況下，降水是影響洞穴次生碳酸鹽沉積的主導(dǎo)因素。
　?。?）納朵洞洞穴水Mg/Ca與Sr/Ca比值可以指示外界降水的變化，但由于其同時(shí)受到 PCP、洞穴水運(yùn)移路徑、極端氣候和環(huán)境變化等多種因素影響，不同點(diǎn)的影響機(jī)制和環(huán)境意義也不一致，在使用其作為環(huán)境指標(biāo)時(shí)需謹(jǐn)慎。
　　（6）洞穴水δ13CDIC值受到夏季大氣降水多、土