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发布日期:2019-11-17  浏览次数:74
 1 研究背景 
  石钟乳等洞穴化学沉积物作为高分辨率的古气候记录载体,具有极高的研究价值。第四纪各地气候变化这个全球变化是一个备受关注的重要课题。而洞穴化学沉积物中所包含的气象信息,均会在洞穴滴水中有所体现,两者具有一定的耦合现象。 
  目前,国内对此研究进展总体来说较好。举例来说,刘明秀等人发现滴水的溶解有机碳和荧光强度以每年4~6月最强,并与洞穴上覆植被条件呈正相关等[1]。然而,目前许多研究在利用洞穴沉积物进行古气候重建的过程中出现了岩溶次生沉积记录与环境的不一致现象。本文在研究石笋微层记录的气候信号及微层形成机理时,通过研究岩溶水动力学地球化学过程来分析石笋的唯一来源——洞穴滴水来探讨其包含的气候环境信息。 
  1.1 洞穴沉积物的古气候意义 
  钟乳石和石笋测年轮测得很准,其同位素变化反映了当时大气降水的同位素成分,是古气候研究中的重要指标。因为在钟乳石和石笋中形成的每一层水滴中都含有当时年代的环境成分,反映出当时的化学环境。 
  滴水和土壤是洞穴沉积物形成的主要物质来源。其中,滴水更是物质载体和动力来源,是气候信号的终端和洞穴  本文由WwW. dyLw.NeT提供,第一 论 文 网专业代写教育教学论文和毕业论文以及发表论文服务,欢迎光临dYLw.nET沉积物形成的始端,具有重要气象学意义。 
  滴水地球化学一直是国内外岩溶专家关注的热点,其原因不仅在于它可以反映滴水水动力过程及其运移路径,还在于滴水沉积形成的石笋中微量元素含量及其相互比值的变化可作为古气候、古环境良好的代用指标 [2]。 
  2 研究区概况、材料与方法 
  2.1 研究区概况 
  华双龙溶洞群(29°12′19″N,119°37′10″E)位于浙中丘陵盆地和浙西中山丘陵的交接部金华北山山地上,属龙门山脉。气候属于亚热带季风气候。年平均气温约17℃ ,7月平均温度29℃,1月平均温度4.8℃;降水丰沛,多年平均降水量1414.3mm,但年际变化幅度大,季节分布不均。 
  2.2 洞穴滴水观测点 
  为了研究北山洞穴滴水的水化学特性和地球化学空间时间变异,在结合北山洞穴的具体环境的基础上,同时也考虑到外界环境对洞内环境的影响,选取了离洞口较远,封闭条件好,偏离旅游线路并且滴水量、积水量较大的16个点作为观测点(表1),观测时间为2014年1月至2014年6月。 
  2.3 观测内容与分析方法 
  大气环境状况、洞穴环境及滴水监测是主要的观测内容。本文监测了金华双龙洞2014年1月至6月大气状况。 
  洞穴环境主要是洞温和水温的观测,滴水监测主要包括滴水速率的监测和水样的采集。与去年相比,今年降水相对较去年少一些。 
  3 结  本文由WwW. dyLw.NeT提供,第一 论 文 网专业代写教育教学论文和毕业论文以及发表论文服务,欢迎光临dYLw.nET果与讨论 
  3.1 洞穴滴水水物理特征 
  水的主要物理性质包括温度、颜色、透明度等,不同地下水的性质不相同。 
  经过从2014年1~6月的观测,发现双龙洞、二仙洞与桃源洞都具有无色透明、无臭无味的物理性质。此外由于滴水的温度取决于洞穴环境温度,而洞穴环境温度则和当地全年平均气温密切相关。根据对洞穴温度、水温度6个月连续观测,发现洞穴温度基本保持在20 ℃~0 ℃,可推断三个溶洞洞内水温均属冷水。 
  图1显示了2014年1~6月这几个月的降水量的变化及1#、5#、7#、11#这四个点的滴水速率变化。这四点的滴率变化趋势存在明显差异。有研究表明,滴速滞后降雨在 10 天之内,日降雨 50mm 以上的滞后期小于7天;雨季、旱季滴速滞后期基本相同,无季节差别;全年滴速、滴量响应存在明显季节不同。[3] 
  而根据本研究对双龙洞2014年1月至6月的滴水监测数据,基本浮动在50滴/分至100滴/分之间,湿季的数据与以前的研究相似,但干季数据明显比文献资料多,这可能与双龙洞地区降水较多有关。 
  1#点位于双龙洞洞口,为常年滴水点,滴率对外界环境的响应迅速,基本不存在滞后,初步判断1#滴率响应机制为快速响应型。而7#与11#点滴率的变化较大气降水的变化响应具有间断性,分析后可推断,7#与11#滴率响应机制为间断响应型。 
  由此可见,不同洞穴滴水点之间的滴率变化在时间与空间上均存在很大差异,反映不同石笋所存在的不同的沉积模式。因此,在介绍石笋记录时,需要考虑滴水对洞外降雨的响应模式。 
  3.2 洞穴滴水水化学参数 
  本文主要对Ca2+浓度、Mg2+浓度、Mg/ Ca值、HCO3-、SO42-、Cl-浓度进行监测(图2)。 
  Ca2+浓度随着季节变化,并与降水量、外界气温有一定相关性。根据1~3月离子浓度与降水量、气温响应关系,发现旱季钙离子含量低、变幅小,雨季反之。气温下降,钙离子含量上升,反之下降,表现出一定逆相关关系。 
  Mg2+浓度也随着季节变化,并与外界气温有一定相关性。根据对数据的整理分析,2月到6月,气温逐渐升高,对应滴水点Mg2+ 浓度总体变化趋势下降,但是到了6月份底开始,某些滴水点的Mg2+ 浓度又有所回升,究其原因,Mg2+浓度不仅取决于土壤和下伏基岩的组成和性质,还受旱季岩溶水中Mg2+滞留时间决定。 
  滴水Mg/Ca值介于0.01-0.05之间,季节性变化明显,2014年1月、5月出现峰值、3、6月出现低谷,结合2014年1~6月的每月降水量关系,发现降水量较少时,Mg/Ca值较大,当降水量较多时,Mg/Ca值较小。不同滴水点对气候响应程度不同,这可能与滴水点滴水来源有关。由图8可以看出7#、11#对气候反应较为明显,而1#对气候响应不明显,数值稳定,但降水量突然增加时,出现了Mg/Ca值明显下降。对于滞后响应型滴水点,补给水的在蓄水层的滞留时间以及新老水的混合程度共同影响着滴水Mg/Ca值。结合每月滴率数据,发现在滴率及其响应降水较慢的滴水点的Mg/Ca值明显高于滴率及其响应降水较快的滴水点。由此可看出,滴水Ca、Mg离子的变化受滴水补给通道以及补给类型对其变化过程也产生重要影响。  滴水中HCO3-含量通常受CO2含量的控制,也即受植被发育和降雨(水-气-岩三相相互作用)的控制。以1#点为例,随着降雨量增加,滴水HCO3-减小。但个别月份出现了降雨量增加,滴水HCO3-同比增加的情况。可能与该点补给水的运移快慢有关,这些月份滴水滴率升高幅度较大(可能由管道上溢流引起),稀释作用明显,滴水HCO3-浓度偏低。另外,由图7可以看出,HCO3-对温度的响应不大。 
  同时,可发现SO42-低值稳定,高值变化幅度较大,而且不同滴水点SO42-浓度值及其变化差异显著。雨季滴水点的滴水SO42-浓度随滴率的升高明显增加,滴率降低后,其SO42-浓度也出现了明显降低,观测期间呈不断  本文由WwW. dyLw.NeT提供,第一 论 文 网专业代写教育教学论文和毕业论文以及发表论文服务,欢迎光临dYLw.nET增加的趋势,蓄水池,即雨季大裂隙流的储存直接影响了其后旱季滴水水化学成分。滴水SO42-对气候的响应也较为明显,1 ~3月,降水呈现总体上升趋势, SO42-浓度总体表现为上升,并产生一定滞后现象。3 ~6月,1#、7#和11#点SO42-浓度对降水的反应较为明显和迅速,属于快速响应型滴水,季节性较明显,而11#点滴率对降水的反应则较不明显,两种反应关系之间存在一定差异,表现对气候的不同反应程度。 
  4 小结   本文由WwW. dyLw.NeT提供,第一 论 文 网专业代写教育教学论文和毕业论文以及发表论文服务,欢迎光临dYLw.nET
  通过对双龙洞2014年1~6月各种水体理化特性分析,初步得出如下结论: 
  (1)通过对双龙洞各观测点的水化学成分分析,可知水的阳离子主要为Ca2+,阴离子以HCO3-为主,因此双龙洞水域主要属于HCO3-一Ca2+型。 
  (2)洞穴滴水滴率、Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-、Cl-、Mg/Ca比值对气候均有一定的响应。降水量增加时,Ca2+、Mg2+、SO42-、含量均有不同程度的上升,而HCO3-、 Cl-含量则表现出不同程度下降。温度升高,Mg2+含量有所下降。但是,在温度较低而且降水较少的1月份,Mg/Ca比值呈现高值。 
  (3)离子浓度、滴水速率和降水量之间存在一定的连锁响应,降水量增加时,滴水速率增加,SO42-含量增加。 

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