刘启明[1]2003年在《贵州凉风洞石笋的古气候记录与古生态环境意义》文中指出自20世纪60年代以来，探索全球性气候变化规律和环境变迁史的研究工作在世界各国广泛开展。大规模的深海岩芯的研究、中国北方黄土的系统研究、大型湖泊沉积岩芯的研究及对树木年轮、泥炭、珊瑚、冰芯等“自然环境历史档案”开展的研究工作，都为重建古气候和古生态环境提供了大量的资料。 洞穴化学沉积物(石笋)由于其特有的微层结构及其内的稳定氧、碳同位素和微量元素所蕴含的古气候与古生态环境信息，并且具有分布广、时间长、信息保存完整等特点，因此，它是研究地球环境变化很好的自然环境历史档案。本论文通过对凉风洞洞穴体系的综合研究和对凉风洞石笋(微层)生长特征及石笋的碳、氧稳定同位素组成的研究，系统探讨了贵州凉风洞石笋的古气候记录和古生态环境意义，得出以下主要结论： 1．地表植被的类型及生物量等信息可综合反映于洞穴体系的不同组分(气样、土样、水样)中。而洞穴的水动力条件也能很好的被洞穴滴水中所含微量(常量)元素记录。根据分析，洞穴综合体系对外界气候与生态环境的响应关系存在一定规律性。通过对比说明，我们所选的凉风洞基岩的溶蚀和缓冲对水体中的信息影响不大，即洞穴滴水较好的继承了土壤水所携带的地表气候与生态环境信息，是理想的研究对象。 2．凉风洞石笋具有多个沉积旋回，不同沉积旋回的纹层组合及纹层结构存在一定的差异，指示不同的沉积环境。根据年龄数据判断，旋回①至旋回⑧之间年龄跨度为1570—8000 aBP，以呈缓平顶(柱)对称迭复状的沉积形态组合为主，示洞项滴水量较大，滴水点相对稳定，且均匀，与全新世较为稳定的气候与环境变化的主旋律相一致。旋回⑧以下至底部石葡萄状沉积物之上部分之间年龄跨度为8000—14220 aBP，期间经历末次冰期晚期向全新世大暖期过渡，受诸如新仙女木事件(Younger Dryas)等的影响，气候变化幅度大，且经历多次反复，石笋生长的沉积学特征表现为斜锥(柱)、尖项锥不对称迭复纹层组合，示洞顶滴水水量较小但变化较大，且洞穴滴水不稳(固)定。与此时间段内不稳定的气候与环境变化的主旋律也相一致。 3．凉风洞石笋上段微层具有典型南方石笋微层发育的特性：微层发育较差，层面多弯曲，层间界面模糊等。下段因为沉积间断较多、风化层面厚及受到若干时段内碳酸钙重结晶而导致晶体穿插层位生长的影响，尽管在某些层位有微层发育，但无法对石笋微层作连续观察记录。根据高精度的石笋TIMS、ICP-MS测年数据和在显微镜下所数石笋微层数量的对比，扣除若干个沉积间断及风化层导致的微层缺失，以及显微镜下肉眼对细小微层计数的误差，我们认为，凉风洞石笋微层是年生长层的可能性较大。4.由于部分测年数据仍在测试中，目前无法精确控制石笋中沉积间断的存在导致的信息缺失，因 此，我们仅仅根据部分石笋测年数据，建立了凉风洞石笋在不同时段的生长速率。全新世以来 石笋的生长速率在22卿/yr一51”m/yr之间，明显高于末次冰期晚期向全新世过渡这一时间段 内的石笋生长速率(16林m/yr).这些数据间接印证了石笋生长响应于外界气候，尤其是降雨的 变化。5.通过对洞穴体系的综合分析对比，我们判断凉风洞洞穴综合体系相对完整，洞穴化学沉积物的 6’3c值较为直接的响应了土壤c压的6’3c值变化，即反映了地表的植被(。植物和c.植物)的 组成状况。贵州地区降雨80%集中在5一10月份，在此期间，基本受西南季风和东亚季风所控 制。西南季风盛行时贵州各地的降雨频繁，是一年中雨量最集中的时期，在东亚季风影响时期， 贵州多晴少雨，往往形成干早的天气。又西南季风控制区大气降雨6’勺值的加权平均值明显低 于东亚季风控制区大气降雨6勺值的加权平均值。因此，贵州地区年均降雨量和年均降雨6’.0 值主要取决于西南(印度洋)季风的强弱:西南季风加强，降雨量增加，年均降雨6’勺值偏负: 西南季风减弱，降雨量减少，年均降雨6’勺值偏正。洞穴滴水的6’勺值变化基本继承了大气降 水的6’勺值变化.因此，对地处我国西南地区贵州南部的凉风洞，源于洞穴滴水的凉风洞石笋 的6’80值变化直接响应了外界的大气降雨量的变化和西南季风与东亚季风相互的强弱交替。6.对凉风洞石笋碳、氧同位素组成的时间序列曲线作20点移动平均，发现，特别是进入全新世后， 石笋的6’3c值和6‘.0值几乎具有完全一致的同步变化，只是在变化幅度上在某些时段存在差 异。说明在凉风洞石笋反映的14220一1570 aBP时间段内，尤其是10500一1570 aBP期间，本区 域气候具有雨热(或干冷)同期的气候特征:在气温较高时间段，西南季风增强，气候湿润多 雨，更有利于地表C3植物的生长。气温降低时，随着东亚季风增强，西南季风减弱，气候干早 少雨，地表C。植物的生长占有一定的比例。据此重建和恢复了本地区14220一1570 aBP期间的 古气候和古生态环境: (1).14220一10500aBP，处于末次冰期晚期，气温较低。凉风洞石笋此时段的6’，c值都 大于一9、8%0，最小值为沟.314%0，最大值达一7.290喻，平均值为一8.552%a。说明凉
吕小溪[2]2016年在《洞穴滴水的水文地球化学过程及其石漠化环境响应》文中认为洞穴次生沉积物在反映地表气候与生态环境方面已经取得了重要成果,洞穴滴水作为次生沉积物的主要物质来源,必定也携带了外部环境中的重要信息,而滴水的水文地球化学过程可能会对地表环境信息的解译产生不同程度的模糊或掩盖,因此,为了探讨滴水信息对地表石漠化环境的响应机制,结合国家“十二五”科技支撑计划重大课题“喀斯特高原峡谷石漠化综合治理技术与示范”与西南大学中央高校基本科研业务费专项“洞穴滴水元素时空变化特征及其石漠化效应”,以地球系统科学理论、喀斯特动力学理论、石漠化分布与演化规律为指导思想,于2014年7月至2015年6月对3个研究区处于不同等级石漠化地区的6个洞穴(贵州毕节朝营洞与韩家冲洞、安顺本寨洞与石将军洞和花江大消洞与荣发洞)展开为期1年的动态监测,使用德国WTW公司生产的Multi350i水质分析仪、德国Merck碱度计和硬度计与美国Optima-2100DV全谱直读型ICP-OES等仪器测定滴水的水温、电导率、pH及Ca~（2+）、Mg~（2+）、Ba~（2+）、Sr~（2+）等离子浓度,以这些指标为研究对象,探讨滴水各指标的时空变化特征与滴水的物质来源,重点研究滴水的水文地球化学过程与滴水信息对石漠化环境的响应特征,得出以下结论:(1)大多数滴水点雨季滴速快且波动大,旱季滴速慢且波动小,滴率变幅总体上能反映干湿季节的变化,石将军洞滴水点越靠近洞穴内部滴率越趋于稳定,其他洞穴的滴水点空间变化规律不明显。季节变化、土壤厚度及岩石裂隙制约滴率大小,水温受到洞口开阔程度、洞穴结构等因素的复合影响,pH的季节变化特征并不一致,大多数洞穴滴水的电导率及元素在雨季较高,而旱季偏低,均受到不同季节控制下溶蚀作用差异的影响,各指标的空间变化规律均不明显,有必要结合不同时间尺度对滴水指标的变化规律做进一步研究。(2)滴水中mg、sr、ba等元素主要来源于土壤与围岩的混合,只是土壤与围岩所占比例各有差异,土壤对sjj-w3、sjj-w4等滴水mg~（2+）的贡献比围岩大,围岩是大部分滴水点元素的主要来源。各个洞穴滴水的水化学指标受到来自雨水稀释、方解石先期沉淀与活塞效应等复杂的水文地球化学过程的影响,其中,石将军洞、大消洞与荣发洞滴水受方解石沉淀作用更为明显,滴水物质来源及其水化学过程直接导致石漠化环境的模糊解译,如何合理地排除这些因素的干扰是后续工作中需要关注的。(3)叁个研究区潜在-轻度石漠化条件下的滴水滴率均小于中-强度石漠化,而电导率、ph与元素浓度等却不存在这种规律,石漠化差异更多体现在对指标变幅的控制上,方解石先期沉淀与活塞效应等水化学过程对元素特征响应石漠化环境有不同程度的掩盖。中-强度石漠化地区与无石漠化地区相比,滴水的电导率、ph与元素浓度波动均较小,并且表现出较低的电导率和ca~（2+）、mg~（2+）浓度与较高的ph和mg/ca。(4)石漠化已治理区中-强度石漠化环境中,滴水的电导率与ca~（2+）浓度在夏季相对较高,而冬季较低,潜在-轻度石漠地区在夏季出现ph、mg~（2+）浓度与mg/ca的较高值。石漠化未治理区的滴率、ph在夏秋季节较高,而电导率和ca~（2+）则在冬季表现较高,其中潜在-轻度石漠化条件下mg/ca及其变幅小于中-强度石漠化地区,ph、电导率与元素浓度也高。季节变化对地表石漠化等级的短期波动有一定影响,需要对洞穴滴水各指标加强季节对比。(5)滴水的滴率、电导率在前后两年均有不同程度的提升,而pH主要呈降低趋势,反映石漠化治理和环境改善提高了土壤的水源涵养能力,强化了喀斯特作用。Ca~（2+）、Mg~（2+）浓度与Mg/Ca基本呈下降趋势,其受到多种水文地球化学过程的制约,在地表生态环境年际记录研究中的意义不明显。石将军洞滴水pH在后一年内并没有体现出“雨季高,旱季低”的变化特征,与前期研究结果相反,有必要对滴水的年际记录特征做进一步观察。
杨琰[3]2006年在《洞穴石笋高精度ICP-MS铀系年代学与西南岩溶地区古气候变化研究》文中进行了进一步梳理地球环境的日趋恶化是科学面临的严峻挑战，针对这些全球性的环境问题国内外学者提出了全球变化研究这一重大科学课题，通过预测全球变化及其对人类生存环境的影响，提出适应与减缓全球变化的对策，最终实现人与自然协调可持续发展。要提高对全球变化的预测力，必须对过去全球变化有充分的认识和了解，因而在全球变化研究中，过去全球变化是全球变化研究中的一项重要研究内容。我国在过去全球变化的研究中处于较重要的地位，一方面我国的气候受全球大气物理系统的影响而具有全球性一般特点；另一方面由于我国特殊地理位置而使其气候变化又有着自身的一些特点，如季风气候特征明显，大陆性气候强，且气候类型多样。因此，对我国古气候变化的研究无疑会对全球变化模型的建立和对我国区域气候变化的预测均具有很重要的意义。 洞穴石笋的形成过程与大气圈、水圈、生物圈、岩石圈有着密切的联系，大气降水在生物圈和岩石圈的运移过程中不断有岩溶作用发生，在岩溶作用发生过程中形成的洞穴石笋对外部环境变化反应非常敏感，可以记录几十万年以来气候、生态的变化规律以及人类活动对环境改造的信息，所以洞穴石笋是一种不可多得的陆地古环境信息源。我国南方分布着面积为5.4×10~5km~2的岩溶区，岩溶洞穴极其发育，洞穴石笋在其生长过程中可以记录季风及赤道复合带交互作用的变化特点等。通过对岩溶记录的研究无疑可以恢复或重建该地区的古气候和古环境的变化模式，为岩溶地区人与自然可持续协调发展提供科学依据。石笋记录研究的进展与测年技术的发展密不可分，测年新技术的突破不断推动石笋重建古气候研究的飞速前进，所以，在利用石笋进行古气候重建过程中，建立精确的时标是首要条件。 本文通过对洞穴石笋高精度ICP-MS铀系年代学方法的研究，并在此基础上对贵州荔波县衙门洞Y1石笋进行了古气候重建研究，综合~(230)Th测年数据研究和Y1石笋稳定同位素的分析结果，初步认为： (1)精确时标的建立对于利用石笋进行古气候重建具有重要的实际意义，采用ICP-MS~(230)Th测年方法进行石笋样品定年准确可靠，并且比TIMS方法具有更高的效率，所需样品更微量，使获得更高精度定年结果成为可能；本文通过石笋高精度ICP-MS铀系年代学方法的研究，对其测年核心技术问题和工作思路有一定的了解。 (2)通过对较老石笋的ICP-MS ~(230)Th测年研究，发现贵州荔波县董歌洞D6、D7、D9石笋具有比较连续的高分辨记录，最老年龄超过40万年，通过~(230)Th测年数据的分析为我国西南地区50万年以来标准剖面建立打下基础；从石笋~(234)U／~(238)U放射性比值和生长速率变化分析表明，~(234)U／~(238)U放射性比值可以记录过去突变冷暖事件的变化，可以作为一个有意义的环境记录替代指标来研究古降水及古气候变化，此研究也是本文的主要创新点之一。
黄春霞[4]2016年在《渝黔岩溶地区碳同位素的分布和变化特征及在古环境研究中的初步应用》文中认为洞穴沉积物作为古气候重建研究的重要载体之一,具有高精度定年、高分辨率连续记录等优势,可以提供大量古气候和古环境演变的信息。在石笋丰富的气候代用指标中,δ~(13)C记录因其影响因素复杂,加之地区差异和不同的沉积环境,对气候环境指示具有多样性,但其对古气候环境研究的重要意义不可忽视。为了正确解译碳同位素的环境指代意义,需要开展广泛的多点研究及重现性研究,系统研究不同洞穴碳同位素的垂直运移特征及主要影响因素,从而获取可靠的地表生态和环境变化信息。金佛山采集的24件植物样品的δ~(13)C平均值为-28.91%o,属于典型的C3植被类型。金佛山植被的δ~(13)C值比芙蓉洞山上植被的δ~(13)C偏重约3%o,主要是受生物物种和金佛山海拔高度的影响。植物叶片内外CO：分压比(Pi/Pa)会随海拔高度的增加而减小,植物δ~(13)C值相应偏重。除JF3剖面土壤有机碳δ~(13)C在深度55 cm处突然显着偏轻,JF1和JF2土壤有机碳δ18C均随着深度加深逐渐偏重,至一定深度后趋于稳定,这主要是受有机质分解过程中碳同位素分馏效应的影响。贵州六枝特区、关岭、盘县采集的植物样品中既有C3植被也有少量C4植物。由于受贵州地区生物种类、土壤环境等因素的影响,贵州石漠化地区植被δ~(13)C平均值均较重庆无石漠化地区的明显偏重。盘县地区中度石漠化的严酷环境和较高的海拔高度会影响植物Pi/Pa,导致该地区植被δ~(13)C值普遍偏重,另外,也会导致土壤有机质分解速率低,使盘县土壤剖面有机碳含量较其他剖面高。贵州叁个采样点7个剖面的土壤有机碳含量大体都随深度的增大而降低。ND、LP1、LP2、LP3剖面土壤有机质δ~(13)C与有机碳含量变化关系对应明显,有机碳δ~(13)C值变化均随着深度增大而变重,达到最大之后又逐渐变轻趋于稳定,反映了该地区有机质的分解程度,而LZ1、LZ2、LZ3叁个剖面土壤有机质δ~(13)C随深度的变化差异较大。贵州石漠化地区的土壤环境不利于微生物分解,碳同位素在植被和土壤之间的富集效应相对较弱。芙蓉洞洞穴水DIC-δ~(13)C表现出夏秋季偏重,冬春季偏轻的季节变化特征,对地表气候有明显滞后性,其主要受土壤CO_2浓度的影响,PCP作用、基岩溶解作用以及包气带的开放性等也是重要的影响因素。羊口洞洞穴滴水DIC-δ~(13)C普遍偏重,没有明显的季节变化。推测洞内强烈的脱气作用、土壤水中DIC-δ~(13)C与土壤CO_2的交换不充分可能是导致滴水DIC-δ~(13)C值偏重和没有季节性的主要原因,另外,土壤生物活动相对较弱以及基岩溶解也会对滴水DIC-δ~(13)C值偏重造成影响。纳朵洞各滴水点DIC-δ~(13)C值较偏重,季节性变化不明显,这可能与土壤水中DIC-δ~(13)C与土壤CO_2没有进行充分的交换有关。纳朵洞、芙蓉洞和羊口洞内外碳同位素在植被、土壤、洞穴滴水运移过程中的富集程度存在较大差异,可能与它们所处的地理环境、上覆土壤厚度、洞穴通风条件,各阶段分馏程度等因素有关。利用芙蓉洞FR5石笋的碳氧同位素数据重建了0-38 ka BP时段重庆地区亚洲季风强度和地表植被生物量以及地表生物过程的变化。FR5石笋的碳氧同位素在总体趋势上呈同向变化,但在某些时段呈负相关关系,石笋碳同位素反映有效湿度的变化。JFYK7石笋符合Hendy检验,可以用其碳氧同位素进行古气候重建。JFYK7石笋氧碳同位素对气候变化的响应几乎是同步的,指示了亚洲季风区37.8～78 ka BP时段的季风气候及地表植被生物量及生物过程的变化。两根石笋的δ~(13)C记录与其对应时期格陵兰冰芯NGRIP i记录以及亚洲季风区其他石笋的δ18O记录的对应关系基本一致,记录了一系列H事件和D/O事件发生通过对FR5和JFYK7石笋碳同位素变化驱动机制的研究,发现轨道尺度上,石笋的δ~(13)C值变化敏感地响应于太阳辐射能量变化,百年千年尺度上,北大西洋地区的温度变化改变海气环流格局,导致亚洲季风气候变化是影响FR5和.JFYK7石笋的δ~(13)C值变化的主要因素。北大西洋地区变冷,西风带将北大西洋地区变冷信息传递到西伯利亚东部,从而使西伯利亚高压增强,北半球温度降低,驱使热带辐合带(ITCZ)向南移动,亚洲夏季风减弱,响应H事件的发生。H事件发生时,亚洲夏季风减弱,气候干冷,植被生物量减小,土壤生物活动减弱,石笋δ~(13)C偏重；D/O事件时期,夏季风增强,气候暖湿,植被发育较好,石笋δ~(13)C偏轻。在更短的年际年内尺度上,与降水有关的岩溶地下水的流速与水-岩相互作用、CO_2脱气作用、先期碳酸盐沉积以及土壤CO_2的溶解等都可能对石笋的δ~(13)C变化产生了影响。JFYK7石笋氧碳同位素记录的72～75 ka BP左右的夏季风减弱和植被生物量减少以及土壤微生物活动减弱可能是由Toba火山喷发诱发的全球性降温引起的。JFYK7碳同位素与XY2石笋碳氧同位素对比说明,石笋δ~(13)C具有明显的地区差异性,因此利用石笋δ~(13)C进行古植被恢复时,需要结合本石笋δ18O记录以及其他石笋碳氧同位素进行对比,以确保古植被恢复的准确性。
王昕亚[5]2007年在《洞穴滴水水文水化学过程分析及控制因素探讨》文中进行了进一步梳理洞穴沉积物作为一种自然历史档案提供古气候变化的记录，已经逐渐受到人们的重视，特别是石笋年层概念的提出，使精确分析高分辨率的气候—环境变化信息成为了可能，但是，在利用洞穴沉积物进行古气候重建的过程中，也有人注意到岩溶次生沉积记录与环境的不一致现象，而不一致的原因就在于岩溶水动力过程对次生沉积记录的影响。本文选取重庆武隆芙蓉洞作为对象，从水文水化学方面分析芙蓉洞洞穴滴水的水文学和元素地球化学特征，监测指标包含了洞穴滴水中的滴水滴率、电导、pH、水温、Ca~(2+)、Mg~(2+)、K~+、Na~+、Sr~(2+)、Ba~(2+)、SO_4~(2-)、HCO_3~-、Cl~-、，同时对洞穴环境指标如温度等以及洞顶上方泉水的Ca~(2+)、Mg~(2+)、K~+、Na~+、Sr~(2+)、Ba~(2+)、SO_4~(2-)、HCO_3~-、Cl~-等也进行了长期的动态监测。结果显示出，气候的变化会对洞穴滴水水文化学和地球化学变化产生比较明显的影响，并由此推断出洞穴滴水主要来源于大气降雨。但是不同的滴水点滴水和池水的物质含量和响应滞后时间并不相同，其原因是洞穴滴水在洞顶上覆土壤和顶板基岩裂隙中的运移路径对物质组成有很大的影响，同时我们用洞顶泉水与洞穴滴水进行比较，进一步验证了这一推断。而影响洞穴滴水水化学过程的这些因素最终将可能影响到对该地区古温度重建的判断。主要研究成果如下：(1)分析出芙蓉洞洞穴滴水的主要化学特性和物理特性，并分析出洞穴上覆土壤和上方基岩是芙蓉洞洞穴滴水中物质的主要来源。芙蓉洞洞穴滴水主要来自于大气降雨，通过对大气降雨和洞穴滴水的物质含量进行分析，可以推断出，季节降雨通过土壤空隙和基岩裂隙向下运移供应洞穴滴水，其自身组分的季节淋溶直接影响了洞穴滴水的化学组成。(2)滴水中的各离子含量在6～9月达到峰值。从变化总体趋势来看，芙蓉洞洞穴滴水的离子含量在雨季含量逐渐变高，这主要是和土壤生物来源的CO_2有关。CO_2的增强使得其溶解土壤和下伏碳酸盐岩能力增强，使滴水中的各离子含量相应升高，但在连续高温和干旱的情况下，土壤水大幅蒸发，储存在顶板的老水没有经过大气降雨的稀释，以饱和的状态透过了土壤和基岩，顺着滴水的运移路径，同样在滴水中表现出各离子含量变高的特点。(3)芙蓉洞洞穴温度基本恒定在16℃左右，在观测期内没有出现较大的波动，因此在该洞穴环境条件下，温度引起的石笋中的Mg／Ca比值变化与滴水中Mg~(2+)含量的季节变化相比是非常微弱的，洞穴沉积物中的Mg／Ca比值应该可以直接反映滴水中Mg／Ca比值的变化，从而可以直接用于反映洞穴外界气候环境条件的改变。(4)芙蓉洞洞穴滴水在雨季的滴率变化以及滴水中各类离子如Ca~(2+)，Mg~(2+)，Ba~(2+)，Sr~(2+)等的变化，都表明了芙蓉洞洞穴滴水主要来源于当季降雨，受洞穴外界气候环境变化影响较大。通过对滴水地球化学观测数据的分析表明，在雨季地表降水部分以通过较大孔隙以优先流的形式供应滴水，也有部分滴水点滴水混入了洞穴顶板的滞留水，因此，在考虑利用洞穴沉积物进行高分辨率古气候重建的过程中一定要考虑滞留水与当季降雨的混合水的影响。(5)芙蓉洞的滴水点水文学和水化学过程在一个水文年里的变化趋势基本上趋于一致，但是不同的滴水点滴水滴率对于大气降雨的响应时间却存在很大的差异，同时不同滴水点滴水的水化学成分也存在着一定的差异。这充分说明影响洞穴滴水水文水化学过程不仅仅是外界气候环境变化，其上覆土壤的季节淋溶以及洞顶基岩厚度和裂隙都会对喀斯特水的运移方式产生影响，并最终影响到洞穴滴水的水化学过程。(6)芙蓉洞洞顶泉水和芙蓉洞洞穴滴水对于气候环境的响应时间和水样物质含量都有很大的差异，这说明芙蓉洞洞顶泉水不能直接影响洞穴滴水，并进一步验证了芙蓉洞洞顶上覆土壤和顶板基岩的溶蚀溶滤作用，使芙蓉洞洞穴滴水在物理和化学性质方面都与洞顶泉水有很大的差异。
徐丽娜, 邵晓华[6]2011年在《中国南方石笋中古气候代用指标的研究》文中研究表明中国南部石笋记录了重要的气候变化信息。石笋的古环境重建常用的代用性指标有碳氧稳定同位素、生长率、灰度等10余种[1～3],多指标的环境解译体系,增加了古环境重建的可靠性。本文分别叙述了石笋的生长速度,沉积速率,纹层灰度,稳定同位素,微量元素等古气候代用指标。尽管每一种代用指标都有各自指代的气候意义,但单一的代用指标存在诸多影响因素,因此提倡使用多个代用指标相互对比,提高精确度。
刘子琦[7]2008年在《利用洞穴体系地球化学指标研究贵州中西部近现代石漠化成因及趋势》文中研究指明喀斯特被视为同沙漠边缘一样的脆弱环境，石漠化与喀斯特脆弱生态治理是当前全球可持续发展战略研究的焦点之一。中国西南喀斯特区处于世界叁大连片喀斯特发育区之一的东亚片区中心，也是典型的季风气候区，虽然有很好的水热配合条件，但却存在严重的石漠化现象。土地贫瘠、水资源短缺、脆弱的生态系统，是地方和中央政府非常关注的一件大事。为了给石漠化地区的生态建设提供充分的科学依据和基础数据，迫切需要充分认识石漠化形成、演变的过程，揭示自然过程和人类活动各自对石漠化的作用。洞穴石笋记录现在已经成为高分辨率古气候研究的最佳地质载体之一。地处西南喀斯特区核心的贵州省，碳酸盐岩出露面积达13万km~2，占全省土地总面积的73．8％，石漠面积居西南八省(区、市)之首，它的中西部地区又是石漠化最严重的地区之一。广泛发育的喀斯特洞穴内有丰富沉积物，为重建贵州中西部地区气候环境和研究石漠化演变的过程提供便利。本论文运用地球系统科学理论，弄清洞穴沉积物的生长过程中岩石圈、水圈、大气圈、生物圈之间的物质、能量传输以及人类活动的相互影响，更好地论证地球化学指标的意义，通过洞穴沉积物的记录揭示人类活动与自然变化对石漠化的影响程度。在2005-2007年期间，我们在贵州清镇、安顺、织金、水城四个地区的将军洞、郑家洞、石将军洞、琦云洞、织金洞、猴子洞以及周围进了多次野外取样、监测。对部分样品进行~(210)Pb和~(230)Th/U定年。水样进行δD和δ~(18)O分析，新老碳酸钙、鹅管、石笋样品进行δ~(18)O和δ~(13)分析，所得分析结果与器测、历史记录、其他石笋记录对比结果显示：(1)洞穴中某些滴水点由于上层包气带厚度非常薄，蓄水能力差，雨水与地表水没有充分混合的条件，大气降水能很快地渗透到洞内形成滴水，反映季节性降水的δ~(18)O值，因此在这种点取得的洞穴沉积物有可能记录季节性降水的δ~(18)O值。(2)根据鹅管的生长特性，以及对不同洞穴鹅管δ~(18)O、δ~(13)C和~(210)Pb的大量分析，可知洞穴鹅管发育特征必须符合一定的要求才能作为古气候记录。鹅管的碳酸钙沉积应该发生在其生长尖部，从野外判断，管壁为白色很纯的碳酸钙，薄而透明；无论多长的鹅管，都应类似于吸管，空心，从顶部到底部管壁内外直径基本一致；取样时仍然处于生长状态，管内充满水。符合以上要求的鹅管，对研究近代气候、环境记录有非常重要的意义。若不符合上述要求，鹅管测试出的稳定同位素值的运用需谨慎。(3)无论是鹅管还是石笋中的δ~(18)O与器测记录的温度都没有相关性，而与降雨记录和历史干湿记录基本一致。降雨量减小或干旱的时期，所对应的鹅管或石笋中δ~(18)O曲线会相对偏重。因此可以推断，在贵州地区降雨量是影响洞穴沉积物中的δ~(18)O的主要因素。(4)石将军洞发育于叁迭系中上统(T2-3)，为石灰岩、白云岩互层层组(基岩δ~(13)C=1．21‰)；猴子洞发育于中石炭统和二迭系(C2+P)以灰岩为主，质地较纯的地层(基岩δ~(13)C=3．81‰)。两地都有较严重的石漠化现象。两地的降雨量差不多，前者1375mm／yr，后者1190mm／yr；由于猴子洞的海拔较高(～2100米)，气候较冷；而石将军洞海拔较低(～1200米)，气候较热。所以，在猴子洞地表C3／C4植物比例高于石将军洞地表C3／C4植物的比例。猴子洞无论是新生碳酸钙还是老的碳酸钙沉积物的δ~(13)C都比石将军洞的要轻的多。由此可见，洞穴沉积物的δ~(13)C值通常受地表植被影响为主，基岩影响较小。(5)根据洞穴所处地区的石漠化等级的划分，来比对不同洞穴的新生碳酸钙的δ~(13)C平均值。发现石漠化强的地区，植被覆盖率少，所在洞穴中的新生碳酸钙的δ~(13)C平均值偏重；洞穴沉积物的δ~(13)C值基本能反映地表石漠化程度。(6)织金洞的石笋δ~(13)C记录，在1460年左右出现过δ~(13)C的大幅度偏重，历史资料记载这时段明朝军队进入贵州中西部，屯兵导致大量人口增加，砍伐植被修建房屋、开辟耕地等活动，可能因此导致了这一地区在过去一千年来的第一次严重的植被退化现象。大约从1900年开始δ~(13)C记录有大幅度的偏重，约偏重了2．5‰，这在石笋和鹅管记录中都有显示。从贵州省织金县县志中可知，从1900-1910年之间开始，织金地区人口迅速增加，人类活动一直持续增加到现今。上述两次明显的人口增加导致植被的减少，都明显地在洞穴沉积物的δ~(13)C曲线中表现出来，由此可见洞穴沉积物δ~(13)C记录可以用来反映石漠化的演变。(7)从鹅管、石笋中的δ~(18)O和δ~(13)C明显看出δ~(18)O和δ~(13)C的曲线都呈现正相关关系，反映地表植被与气候条件的相应变化，夏季风较强，湿润的气候条件(δ~(18)O偏轻)，植被发育较好(δ~(13)C偏轻)；反之亦反。在没有强烈人类活动的情况下，植被的主要控制因素是降雨量。因此，即使在受到人类活动影响下石漠化的进程仍然要考虑气候因素的影响。不过，从织金洞石笋和鹅管的δ~(18)O和δ~(13)C来看，在过去800年的记录中，自然条件虽然造成某些时期植被的退化，但尚未达到石漠化程度。而明朝时的屯兵和1900年之后的人口大量增加所造成的植被破坏，远大于自然因素引起的植被退化。由此可见，人类活动是导致石漠化的主要因素。(8)以织金洞石笋ZJD-21和鹅管ZJD-9C的δ~(18)O和δ~(13)C记录为依据，论述贵州中西部过去800年的气候和植被变化。在公元1200～1360和公元1700～1860期间，气候相对较湿润，植被较发育；公元1360～1690和公元1860～1960期间，气候较干旱，植被减少。织金洞石笋和鹅管δ~(13)C记录同时记载了中国历史上明朝云贵历史上大规模的移民活动，以及1900年后再次的大规模的移民进入贵州中西部。人类的定居繁衍，尤其是过去50年以来，人口持续增长导致石漠化。
刘小康[8]2017年在《新疆中部巴鲁克洞石笋记录的全新世和MIS5c-5a阶段气候和环境变化》文中进行了进一步梳理在当前全球气候变化背景下,利用地质载体(如极地冰芯、海洋钻孔沉积物、陆生黄土、湖泊沉积物及洞穴沉积物等)进行地表过去气候和环境变迁规律和特征的研究,可以为未来气候和环境变化提供参照,也是气候变化领域的研究重点之一。近二十年来,国内外学者利用石灰岩地层中广泛发育的岩溶洞穴沉积物(主要为石笋),在高精度同位素地质年代测试技术(铀系测年)的支持下,高分辨率地分析和检测了石笋碳酸盐中的稳定同位素(氧和碳)、微量元素含量和比值、微量元素同位素、微层厚度和灰度、磁学信号、有机化合物含量等指标,从中提取了能够重建区域气候和环境变迁的信息,同时也将石笋古气候记录发展为气候变化研究的重要标尺之一。本论文在采集我国新疆中部天山南麓巴鲁克洞的石笋样品并在建立其铀系绝对定年结果的基础上,检测了石笋的氧碳同位素(δ18O、δ13C)和微量元素比值(Mg/Ca、Sr/Ca、Ba/Ca、U/Ca)指标,重建了新疆中部地区近两千年、全新世和MIS5c-5a阶段的不同时间尺度上(百年、千年和轨道)的环境演化和气候变迁历史,探讨了区域气候变化的可能驱动机制及环境变化对区域社会发展的可能影响。本论文得到的主要结论如下:(1)在分析研究区现代大气降水观测数据基础上,发现年内尺度上以乌鲁木齐站为代表的新疆天山地区,月均降水氧同位素(δ18Op)值与月均温度之间存在显着正相关关系,表现为“温度效应”影响;月均δ18Op值与月均降雨量之间为弱正相关。年际尺度上,年均加权平均δ18Op值与年均温度之间显示了弱的负相关,表明了年际尺度上“温度效应”的失效;结合天山中部乌源一号冰川和天山东部庙儿沟冰川的近50年冰芯氧同位素(δ18Oi)序列,发现冰芯δ18Oi值的偏负趋势与近50年乌鲁木齐站及新疆地区温度的上升趋势相反,说明年代际尺度上“温度效应”也并非主导作用。进一步分析了研究区在特殊年份的水汽来源差异,发现在较温暖的1997年,可能有相对较多的来自高纬度区域的δ18Op值偏负的水汽,而在较冷的1988年则增加了来自中低纬度区域的δ18Op值偏正的水汽。新疆中部地区大气降水δ18Op值及石笋δ18O值的偏负或偏正变化,不仅与水汽输送有关,还与输送通道的水汽再蒸发、局地水汽循环以及冰雪融水(其δ18O值非常偏负,~-20‰)的贡献等有关。(2)近两千年来,巴鲁克洞的一支87mm的石笋BLK12C的13个铀系绝对定年结果显示其方解石沉积覆盖了过去2457年,该石笋δ18O和δ13C值显着的十年际-百年尺度的周期性波动迭加在长时间的同位素值偏正的趋势上,且在中世纪气候异常期(Medieval Climate Anomaly,MCA,950-1250AD)同位素值整体偏负,同时也存在十年际尺度的偏正事件。这种突变和整体较低的同位素值特征也体现了在了石笋的Mg/Ca比值序列中,其与稳定同位素序列显示相似的变化模式。在MCA期间,石笋氧碳同位素的突然变化反应了这一时期研究区气候环境的不稳定性和较大幅度的快速变化,相比而言,小冰期(Little Ice Age,LIA,1300-1900AD)时,石笋氧碳同位素的变化幅度不如MCA期间,整体上同位素值偏正,尤其是1300-1400AD期间的显着偏正。此外,石笋微量元素指标(Sr/Ca、Ba/Ca、U/Ca)在MCA期间的变化很小,这可能反映了该时期地表土壤和大气粉尘的活动比较弱;在LIA时,Sr/Ca、Ba/Ca、U/Ca的高频波动比较显着,可能说明该时期土壤有机质含量的增加和微生物活动的加强等。巴鲁克洞石笋氧碳同位素序列中的近200年周期波动,可能反映了太阳活动周期对研究区的百年尺度气候和环境演化的驱动作用。此外,巴鲁克洞石笋记录中显示的公元14世纪期间显着的气候突变能够较好地对应于蒙古帝国的兴盛和衰落时间,其他一些历史朝代更替和区域文化发展和衰落的时间节点亦能在巴鲁克洞石笋代用指标波动中找到对应关系,可能说明了区域环境变化对社会文明演替的影响。(3)全新世期间,巴鲁克洞两支石笋BLK12A与BLK12B/C的38个高精度的铀系年龄覆盖了过去9500年,其高分辨率(~20年)的氧碳同位素序列显示石笋的δ18O序列在轨道尺度上的变化模式与北半球高纬度夏季太阳辐射变化相似,同时迭加了诸多千年-百年尺度的气候事件(如8.2ka事件、~3ka事件)。巴鲁克洞全新世石笋δ18O值记录整体上为早-中全新世(9.5~3ka)时偏负(-6.5~-9‰),其中7~6ka时石笋δ18O值有一个偏正的谷段(以6.4ka为中心)。在~3ka时,石笋δ18O值突然偏正(幅度约2‰),之后在大约500年时间里,石笋δ18O值显示较大的波动,但其范围在-5~-6.5‰之间。其中,BLK12A石笋在2.5~1.3ka为一个显着的沉积间断,在石笋横切面上亦能观察到一个具有石花状方解石沉积的条带。此外,石笋微量元素比值(Sr/Ca、Ba/Ca、U/Ca)序列显示在早中全新世时比值较高,而晚全新世比值较低,在~3ka左右发生了显着的微量元素比值增大的事件,可以认为巴鲁克洞所在区域全新世期间的局地湿度为早全新世较干而中晚全新世逐渐变湿,与湖泊沉积物重建的区域湿度序列一致。同时,巴鲁克洞代用指标反映的~3ka左右的气候突变事件可能与天山地区高山冰川的前进及西风环流的调整有关。(4)在MIS5c-5a期间,巴鲁克洞的2支石笋(BLK12E和BLK12F)的24个高精度铀系年龄显示其碳酸盐沉积发育时段为78.5~101.6ka(~23.1ka),所对应的是MIS5c的晚期至MIS5a的结束(late-MIS5c to MIS5a)。两支石笋具有高度重复性变化的氧碳同位素序列(~100年分辨率)显示了间冰段(5c和5a)时δ18O值偏负和冰段(5b)时δ18O值偏正的特征(幅度达到~3‰),低分辨率的微量元素指标也有类似的变化模式。巴鲁克洞MIS5c-5a期间的石笋记录反映了轨道尺度上岁差周期对该区域环境和气候的主导作用。与南北半球具有全球气候意义的代用指标对比后,可以推测巴鲁克洞所反映的新疆中部地区气候变迁响应于轨道尺度的北半球高纬度气候(格陵兰冰芯记录)与南半球气候(南极冰芯记录)的波动。值得注意的是,格陵兰冰芯所记录的北半球温度的上升(~85.5ka)要早于南极冰芯所记录的全球温度的上升(~84.5ka),也领先于亚洲东部季风气候(中国叁宝洞石笋记录)和亚洲中部干旱区(新疆巴鲁克洞、科桑洞及乌兹别克斯坦Ton洞石笋)气候的转型。
刘子琦, 熊康宁, 吕小溪, 张乾柱, 付超凡[9]2015年在《喀斯特洞穴滴水信息对地表环境响应研究进展》文中进行了进一步梳理通过系统回顾国内外喀斯特洞穴滴水信息对地表环境响应的研究进展,结合全球气候变化、喀斯特环境演变与滴水理化指标的研究发展背景,把该领域的研究发展历程划分为萌芽期、缓慢发展期和高速增长期3个阶段。对滴水常规监测指标、稳定同位素及常/微量元素等指标的研究成果与认识进行了系统归纳,并对滴水响应外界大气、地表植被、洞穴上覆土壤以及洞顶基岩等4方面的研究进展进行总结。认为应当探究滴水的物质来源及其水文地球化学过程,加强对滴水信息环境指示的敏感性研究,深入认识滴水信息的环境响应机制,对洞穴系统综合环境要素开展监测等,同时指出运用滴水指标进行石漠化的相关研究比较薄弱,是未来研究的重点所在。
叶明阳[10]2009年在《芙蓉洞洞穴水化学指标及现代碳酸盐沉积特征研究》文中进行了进一步梳理高分辨率洞穴石笋记录研究已成为当前国际古气候研究的重点。石笋中可以提取出诸如δ~(18)O和δ~(13)C、微量元素及生长速率等多种气候代用指标。当今石笋古气候研究的重点在于利用其稳定氧碳同位素重建古气候,并利用高精度的U/Th测年数据,对一系列气候突变事件进行对比研究。然而关于洞穴次生化学沉积物沉积机理及其对外界环境变化的响应机制等研究却有待深入。洞穴水既是洞穴沉积的物质传输媒介,也是气候信号的携带者,对其进行长期观测有利于了解洞穴水的水化学特征及各种指标在碳酸盐沉积过程中的变化特征,并且对进一步探索石笋生长机理、解译石笋中各种指标对古气候信息的记录等方面有重要意义。重庆市芙蓉洞是世界自然遗产地——“中国南方喀斯特”的重要组成部分,2005年开始,在洞内选取两处滴水(1#,3#)和两处池水(2#,4#)进行定点观测,获取四处洞穴水的pH、电导率和HCO-3~-、SO_4~(2-)、Cl~-、Ca~(2+)、Mg~(2+)、K~+、Na+离子浓度等化学指标。本文着重分析了四处洞穴水的pH、水化学类型、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Mg/Ca比值、方解石饱和指数(SIc)、CO_2分压(Pco_2)在观测期间的变化特征,并对这些指标与降水的响应关系进行了初步探讨。(1)2006年11月-2008年10月,四个观测点洞穴水的pH波动较大,且均在降水量较大的月份1-2个月之后明显降低,是降水对岩溶水的稀释作用导致的。一年中,两处滴水的水化学类型稍有波动,大部分时间属HCO_3~--Ca~(2+)-Mg~(2+)型,但在雨季之后,转变为HCO_3~--Mg~(2+)-Ca~(2+)型;两处池水的水化学类型较为稳定,属于HCO_3~--Mg~(2+)-Ca~(2+)型。各个观测点洞穴水的离子所占比重在一个观测年中波动较小。其中,HCO_3~-含量在阴离子中占的比重极高,四个点均超过85%,SO_4~(2-)和Cl~-含量较低;在阳离子中四个观测点的Ca~(2+)、Mg~(2+)含量之和大于95%。(2)观测期间,Ca~(2+)浓度整体呈现每年7-12月高于1-6月的规律,一年中Mg~(2+)表现出波动期与稳定期交替出现的特点,是研究区温度和降水的季节变化导致的。由于夏秋季节温度较高,土壤生物呼吸、微生物分解等作用更加强烈,形成的岩溶水酸性相对较强,下渗时能够溶解更多的碳酸盐物质使岩溶水离子浓度升高。温度和降水分别主导岩溶水溶质和溶剂的变化,它们共同决定着岩溶水的离子浓度。高温少雨的水热组合形成的岩溶水中的各种离子浓度偏大,有利于碳酸盐类物质的沉积。2006年9月各个观测点的Ca~(2+)、Mg~(2+)浓度均呈现大幅增加的现象可能是对当年夏季重庆大旱的响应,表明洞穴水Ca~(2+)、Mg~(2+)浓度的变化对干旱气候事件的响应非常敏感,短期干旱形成的洞穴水碳酸盐沉积速率可能更快。Ca~(2+)、Mg~(2+)浓度在2007年夏季重庆遭遇特大洪涝后出现波动现象是强降水的稀释作用造成的,但各点对强降水事件的响应在时间上稍有差异。(3)四处洞穴水的Mg/Ca比值的变化趋势在一年中可分为升高和降低两个阶段,具体表现为每年1、2月到9、10月,Mg/Ca比值逐渐减小;9、10月到1、2月,Mg/Ca比值逐渐增大。根据初步研究,芙蓉洞洞穴水滞后于降水1-2月,可见,Mg/Ca比值基本呈现从冬季到夏季逐渐减小,从夏季到冬季逐渐增大的特点。(4)2006年11月到2008年10月,四个观测点在大部分时间为过饱和水,一年中不饱和的时间仅为1-2个月,说明洞内正在沉积次生碳酸盐;由于池水在洞中的时间较长已经发生了碳酸盐的沉积,因此同一季节滴水的SIc均大于池水。降水量相对较大的月份之后的1-2个月,各个观测点洞穴水的Pco_2升高,pH降低,SIc降低的现象,是由降水的稀释作用导致的。温度适宜时降水的稀释作用对碳酸盐沉积的影响起主导作用。因此,次生碳酸盐的沉积状况是对外界温度和降水变化的反映,且降水量的变化是洞穴水呈现过饱和与不饱和交替变化的主要原因,最终导致碳酸盐沉积的季节变化。
参考文献：
[1]. 贵州凉风洞石笋的古气候记录与古生态环境意义[D]. 刘启明. 中国科学院研究生院（地球化学研究所）. 2003
[2]. 洞穴滴水的水文地球化学过程及其石漠化环境响应[D]. 吕小溪. 贵州师范大学. 2016
[3]. 洞穴石笋高精度ICP-MS铀系年代学与西南岩溶地区古气候变化研究[D]. 杨琰. 中国地质大学. 2006
[4]. 渝黔岩溶地区碳同位素的分布和变化特征及在古环境研究中的初步应用[D]. 黄春霞. 西南大学. 2016
[5]. 洞穴滴水水文水化学过程分析及控制因素探讨[D]. 王昕亚. 西南大学. 2007
[6]. 中国南方石笋中古气候代用指标的研究[J]. 徐丽娜, 邵晓华. 中国科技信息. 2011
[7]. 利用洞穴体系地球化学指标研究贵州中西部近现代石漠化成因及趋势[D]. 刘子琦. 西南大学. 2008
[8]. 新疆中部巴鲁克洞石笋记录的全新世和MIS5c-5a阶段气候和环境变化[D]. 刘小康. 兰州大学. 2017
[9]. 喀斯特洞穴滴水信息对地表环境响应研究进展[J]. 刘子琦, 熊康宁, 吕小溪, 张乾柱, 付超凡. 中国岩溶. 2015
[10]. 芙蓉洞洞穴水化学指标及现代碳酸盐沉积特征研究[D]. 叶明阳. 西南大学. 2009
标签：环境科学与资源利用论文; 芙蓉洞论文; 贵州论文;