鈣華年層的形成及氣候環(huán)境因素控制研究.pdf

1、近年來，隨著人們環(huán)境意識(shí)的提高，對(duì)當(dāng)今氣候環(huán)境的變化日益重視，從而相關(guān)問題的研究也越來越多。鈣華作為地表次生碳酸鈣沉積物，蘊(yùn)含著豐富的氣候環(huán)境信息，而受到環(huán)境學(xué)者尤其是巖溶學(xué)者的極大關(guān)注。 冰芯和珊瑚年層記錄提供了高分辨率的全球氣候環(huán)境變化證據(jù)，然而，由于這些古氣候信息載體地理分布有限，所以難以直接用于大面積陸地環(huán)境的氣候預(yù)測(cè)，陸地古氣候信息載體有助于對(duì)過去氣候變化的了解以及未來氣候?qū)θ祟惿鐣?huì)影響的預(yù)測(cè)。過去，這方面的研究主要集

2、中在黃土沉積、湖相沉積和洞穴化學(xué)沉積物，它們涉及利用沉積學(xué)和地球化學(xué)指標(biāo)替代指標(biāo)恢復(fù)古氣候。尤其是石筍，由于石筍微層的存在，使其能夠提供溫度降水年變化甚至更高分辨率的氣候信息而備受重視。 但是因石筍微層較薄和延伸較短而造成樣品用量不足，而鈣華中也發(fā)育豐富的微層，并且微層厚度及其延伸寬度足以進(jìn)行常規(guī)有機(jī)質(zhì)、同位素和微量元素的分析。研究表明：鈣華中交互出現(xiàn)的致密和疏松微層分別是在冬－春季和夏－秋季形成的。這一規(guī)律反映了方解石沉積速率

3、的季節(jié)變化，即沉積速率的增加導(dǎo)致致密的方解石結(jié)構(gòu)。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)于致密微層，其δ13C和δ18O為高值，而對(duì)應(yīng)于疏松微層，其δ13C 和δ18O為低值，從而在整個(gè)鈣華剖面上出現(xiàn)周期性的δ13C 和δ18O的高值和低值。這樣，δ13C （或δ18O）相鄰的兩個(gè)高值或低值之間即為1個(gè)完整的年層。所以，通過讀取整個(gè)鈣華剖面上的高值點(diǎn)或低值點(diǎn)數(shù)目，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)鈣華年層的計(jì)數(shù)（假定沒有年層的缺失）。這使得巖溶區(qū)廣泛存在的地表鈣華沉積（更直接反映氣

4、候環(huán)境變化）很可能成為又一種非常有前景的可用于高分辨率古氣候環(huán)境重建的載體。 本文采用水化學(xué)儀器自動(dòng)記錄、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定和取樣實(shí)驗(yàn)室分析相結(jié)合的方法，在桂林雁山長流水和云南香格里拉縣白水臺(tái)人工渠放置有機(jī)玻璃試片，進(jìn)行鈣華沉積野外觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，并對(duì)研究點(diǎn)的水化學(xué)和同位素變化，以及鈣華沉積微層進(jìn)行了研究，并得出了一些初步的結(jié)論。 1.通過實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)桂林降水以及長流水中的氘、氧穩(wěn)定同位素分析，并與桂林雨水線進(jìn)行比較得出，桂林現(xiàn)代降雨的

5、氘氧同位素主要落在雨水線的下方，主要是由于桂林地處熱帶，受來自太平洋地區(qū)的降水云團(tuán)以及亞熱帶的快速蒸發(fā)的結(jié)果。同時(shí)，泉水與降水中的氘、氧同位素有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，說明水中的氘、氧在很大程度上可以反映當(dāng)?shù)亟涤甑淖兓纯梢杂米鳉夂颦h(huán)境變化的替代指標(biāo)來定性的討論降雨的變化。 2.桂林長流水及白水臺(tái)人工渠道的水化學(xué)參數(shù)（電導(dǎo)率，鈣離子和重碳酸根離子濃度），由于水中二氧化碳的逸出，碳酸鈣的沉積，而沿水流逐漸降低，pH值在水流動(dòng)過程中逐漸升

6、高，主要原因是碳酸鈣沉積速率的變化，導(dǎo)致一些離子迅速降低，此外可能由于水草釋放有機(jī)酸，而導(dǎo)致pH值的降低，具體原因有待探討。此外，白水臺(tái)人工渠泉口和桂林長流水泉口的水溫基本不變，前者由于深部巖溶系統(tǒng)的影響，其中主要離子的濃度遠(yuǎn)高于后者，但由于地處高原水溫較低，各種離子的變化不如長流水顯著。 3.水中碳穩(wěn)定同位素值都是從上游到下游逐漸升高，是由于水中二氧化碳在逸出的過程中發(fā)生了同位素的分餾，輕的同位素逸出，而重的同位素留在水中的結(jié)

7、果，這種現(xiàn)象同樣體現(xiàn)在沿水流方向的鈣華沉積中,這與世界其它國家和地區(qū)是一致的。 4.通過鈣華沉積實(shí)驗(yàn)得出，顏色深的疏松微層是在春-夏季形成的，因降水豐沛，泉水在流動(dòng)過程中混進(jìn)了泥沙等雜質(zhì)，使形成的碳酸鈣含雜質(zhì)較多，此外因土壤中含有一些金屬離子（本身具有顏色）也會(huì)隨碳酸鈣一起沉積下來，導(dǎo)致其較疏松且呈淡黃色；冬-春季節(jié)降水較少，泉水混進(jìn)的泥沙等雜質(zhì)較少，沉積較快且致密，顏色較淺，這一規(guī)律反映了鈣華沉積的季節(jié)性韻律。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)