桂林盘龙洞滴水的物理化学指标变化研究及其意义

影响洞穴次生化学沉积物-石笋的形成因素,包括降水、气温、水温和滴水的性质(如pH值、电导率、Ca2+、HCO3-浓度和滴率等)。通过对桂林盘龙洞8个滴水点的2个水文年的监测表明,洞穴滴水主要来源于大气降水(或土壤水),受控于水-土-岩的相互作用。洞穴滴水对大气降水的响应较快,具有季节性的变化特征。洞穴滴水的物理、化学特性受降水、洞顶基岩厚度及渗入水的滞留时间、滴率的快、慢的影响。洞穴滴水的温度变化不大,大约为19.4~21.2℃。年平均pH值为7.85。洞穴滴水的电导率、Ca2+、HCO3-浓度与气温、水温和滴水速率表现为正相关关系。在夏半年,大气降水量大,土壤湿度大,土壤中PCO2分压高,溶解的CaCO3多,表层带下渗岩溶水的岩溶作用强,滴水的电导率、Ca2+、HCO3-浓度增大,滴水中的碳酸盐沉积多;而在冬半年或冬季,其降水量小或少,滴水的电导率、Ca2+、HCO3-浓度降低,指示溶解的CaCO3少,表层带下渗岩溶水的岩溶作用弱,水中Ca2+离子含量低,滴水沉积物的沉积量或生长量减少。从大气降水到土壤水再到洞穴滴水这些过程可以看出,洞穴滴水形成的岩溶次生化学碳酸盐沉积物-石笋,可记录岩溶环境变化的信息,已成为研究岩溶地区过去环境变化记录的重要载体。     

贵州将军洞上覆土层对滴水水化学特征的影响

对贵州安顺将军洞4个滴水点进行为期1a的动态监测.将军洞滴水对大气降雨的响应极快(0～9d).滴水的物质来源于土壤.由于滴水点上覆土壤厚度的差异,极大地影响到滴水水化学特点.水通过的土壤较薄时,溶解的物质量少,降低了滴水点发生稀释作用的可能,也使得岩石对滴水化学组成的贡献增大.样点JJD-1、JJD-4滴水在一定程度上受到稀释作用的影响,而JJD-1滴水运移过程中还受到不同源来水的影响产生了“活塞效应”,JJD-2滴水也受到不同源来水的影响而产生滴率的跳跃式变化,这些作用只在次一级作用强度上对滴水水化学产生影响.岩石的溶解作用以及方解石的沉淀作用控制了洞穴4个滴水点水运移过程中所发生的地球化学作用.因此,土壤作为一个重要的岩溶环境因素决定和控制了洞穴滴水的水化学特点,应该给予必要的重视.     

贵州纳朵洞洞穴水水文地球化学变化特征及其环境意义

对贵州关岭纳朵洞2012年12月至2014年12月期间,三处滴水(S1、S2、S3)和一处池水(SC)的地球化学指标进行动态监测.结合当地气象资料,分析了观测期间纳朵洞洞穴水水文地球化学季节变化及其对外界气候变化的响应.结果表明,纳朵洞洞穴水的水化学类型主要为HCO_3~--Ca~(2+)型,除每年降水量最大的月份外,滴水和池水长期处于沉积状态;纳朵洞3个滴水点的离子浓度由于岩溶水在洞顶的运移路径和时间不同存在一定差异,池水因受到洞穴混合水和洞穴空气较高CO2浓度的影响,其离子浓度高于滴水且变化幅度偏大;纳朵洞洞穴水地球化学指标具有显著的季节变化规律,可以很好地响应外部气候环境变化;离子浓度对极端气候事件引起的年际间降水变化的响应比较敏感:2013年雨季的Ca~(~(2+))、Mg~(2+)、SO_4~(2-)浓度高且平稳,而2014年雨季其浓度偏低且波动大,不同观测点的响应程度和时间并不一致.     

高分辨率降水氧氘同位素变化及洞穴水响应:以河南鸡冠洞为例

大气降水稳定同位素受温度、雨量、海拔高程、水汽源等多种因素控制,进而影响洞穴水及沉积物的同位素变化.为了更好地认识我国南北交汇带季风敏感区洞穴水对降水的响应过程,本研究分析了2015年8月4~6日河南栾川县鸡冠洞强降雨和洞内4处地下水点样品,并结合2009~2015年栾川地区近6年大气降水氧氘同位素数据研究发现:1采用HYSPLIT模型可以将鸡冠洞强降雨划分为不同水汽来源的2个阶段:高空来自南中国海的水汽以及近地面来自内陆局地蒸发的水汽,并且可以记录在单场降雨期间雨水的δ~(18)O变化特征上.2近地面来自内陆局地蒸发水汽的蒸发过程一定程度上掩盖了温度效应,并使局地大气降水线的斜率、截距和雨水过量氘均减小.3此次降雨期间鸡冠洞洞穴滴水δ~(18)O特征主要响应夏季风海源水汽的降水;鸡冠洞洞穴滴水对降雨响应最快,间隔时间约为3 h,滴水δ~(18)O随滴率升高变重,之后缓慢变轻;地下河具有相似的模式,稍有滞后;靠近洞口的池水反映出不同阶段的雨水δ~(18)O变化的差异.     

河南鸡冠洞洞穴水对极端气候的响应及其控制因素研究

为揭示洞穴水地球化学动态的变化特征及其控制因素,从2009年10月至2013年12月对黄土高原东南缘河南西部栾川县鸡冠洞洞穴水的水化学指标进行了4个完整水文年的动态监测.结果表明:1鸡冠洞洞穴水的化学类型主要是HCO-3-Ca2+-Mg2+和HCO-3-Mg2+-Ca2+型,阴离子中HCO-3占80%以上,阳离子中Ca2+、Mg2+是优势离子,地下河常年处于溶蚀状态,池水、滴水处于沉积状态.2鸡冠洞洞穴滴水、池水可以很好地响应外部气候环境的变化,其地球化学指标具有显著的季节效应.3Ca2+、Mg2+、SO2-4能够敏感地响应极端气候事件引起的年际降水量变化,Ca2+、Mg2+、SO2-4浓度洪涝年升高,干旱年降低.HCO-3主要受CO2浓度控制,对极端气候事件响应不明显.4鸡冠洞地下河中Ca2+、Mg2+、HCO-3、SO2-4浓度波动幅度较小,且无明显的季节变化规律.对2010年和2013年的极端降水事件响应不明显.     

大王洞地下河水化学分析及污染状况初探

本文主要通过对安徽大王洞各采样点水质的分析,揭示大王洞地下水化学组成,进而揭示地下河水的物质来源及污染状况。结果表明,地下河水中Ca2+、Mg2+、HCO3-主要来自碳酸盐岩的溶解,土壤和岩石的元素通过岩溶地球化学过程向水中迁移致使水中存在大量元素,Ca2+在阳离子中占主导地位,HCO3-在阴离子中占主导地位,K+、Na+、NO3-、SO42-、Cl-浓度较高,明显受到人为污染影响,Ca2+与HCO3-,EC与TDS、Ca2+、HCO3-,Na+与SO42-、Cl-表现出了较强的相关性。整个地下河水主要由洞外水、支流水、滴水汇聚而成,洞外水、支流水、滴水对地下河水的贡献量约为62%、23%、15%。     

岩溶关键带微量元素运移的时空变化:以豫西鸡冠洞为例

为探索岩溶关键带元素运移时空变化特征及过程,自2009年10月至2015年5月对我国北方典型岩溶关键带——河南西部鸡冠洞相互作用带中各组分(大气降水、土壤、基岩、洞穴滴水、洞穴现代沉积物)进行了连续定点监测及取样分析,共获得650个实验数据.对比了Ca、Mg、Ba、Sr、δ~(13)C及元素比值在不同组分中的变化情况及运移规律.结果表明:(1)土壤与基岩是滴水的主要物质来源,Mg、Ba、Sr符合"土壤-基岩"二元物源模型,但各自所占比例并不相同.(2)在空间上,洞穴系统相互作用带中各元素迁移相互联系.滴水继承了土壤及基岩的信号,现代沉积物又能延续滴水各元素的信息.元素在土壤纵剖面中表现出了明显的淋溶和淀积作用,最下层土壤较好地继承了基岩中微量元素的信息.(3)在时间上,洞穴系统相互作用带中各元素迁移复杂多变.土壤及滴水受降水淋滤作用影响皆表现明显的季节差异,然在岩溶水运移路径、PCP作用、极端干旱和年降水雨型的影响下,滴水元素浓度旱、雨季差异明显较土壤小.而PCP作用及元素选择性淋滤等因素又改变了沉积物中元素对滴水元素的延续特性.     

喀斯特洞穴晶体生长速率的古气候重建意义

为了从石笋中提取更多的古气候信息,以用于气候预测,需要研究现代洞穴沉积过程与周围环境变化的关系。本文通过对贵州5个洞穴现代沉积玻片上菱形方解石的长度与滴水变率观测研究发现,在洞穴滴水不间断的情况下,滴水变率较小的滴水点,菱形方解石晶体长轴生长速率较快,反之,生长速率较慢。反映在石笋中,石笋晶体粒径较大说明处于降水稳定时期,石笋晶体粒径较小指示沉积时期降水变率较大,气候不稳定。     

喀斯特洞穴晶体生长速率的古气候重建意义

为了从石笋中提取更多的古气候信息,以用于气候预测,需要研究现代洞穴沉积过程与周围环境变化的关系。本文通过对贵州5个洞穴现代沉积玻片上菱形方解石的长度与滴水变率观测研究发现,在洞穴滴水不间断的情况下,滴水变率较小的滴水点,菱形方解石晶体长轴生长速率较快,反之,生长速率较慢。反映在石笋中,石笋晶体粒径较大说明处于降水稳定时期,石笋晶体粒径较小指示沉积时期降水变率较大,气候不稳定。     

现代环境监测研究中的一种新示踪指示剂(SO_4)

拥有一种理想的示踪剂是研究地球化学过程必不可少的手段,尤其是在现代环境监测研究中,如洞穴滴水对大气降水的响应时间以及地表环境的监测。而在目前的研究中,通常使用的示踪剂(天然的和人造的)有其优点的同时,都不可避免地存在许多不足,因此需要根据具体情况选择最佳示踪剂。本文通过分析荔波5个不同地上植被生物量大小的样地土壤水硫酸根离子(SO4)浓度,以及贵州4个洞穴系统中土壤水和滴水等的SO4,分别从理论和试验检验两方面对其作为一种可能的新示踪指示剂进行论述。结果首次表明,其具有其他示踪剂不具备的一些优点,在一定条件下完全可作为一种示踪剂示踪指示某一区域地表植被生物量的大小以及滴水对大气降水的响应时间。最后通过实测数据(5个样地的地上生物量和土壤水SO4离子浓度,以及滴水的SO4离子浓度和NaCl示踪所得的滴水对大气降水响应时间)的Freundlich拟合,分别得到了研究区的经验公式:[SO4]=3.34ln(b)+5.20和[SO4]=-9.17ln(t)+31.61。     

广东英德宝晶宫洞穴滴水元素季节变化与影响因素

为揭示洞穴滴水元素的季节变化特征及其影响因素,从2011年12月至2013年5月对广东英德宝晶宫洞穴内的3个滴水点滴水中的Ba、Sr、Ca、Mg元素进行为期一年半的监测,结果发现:13个滴水点滴水中的元素浓度基本上都表现出明显的季节变化特征,但不同的元素之间和不同的滴水点之间的季节变化趋势存在差异,表明不同的滴水点其不同的元素浓度变化的影响机制各有不同.2强降水对洞穴滴水的元素浓度具有稀释作用,Drip1和Drip2各元素浓度在有强降雨的5、6月都呈现低值.33个滴水点的Mg/Ca和Sr/Ca比值都具有较强的正相关关系,且都表现出旱季高,雨季低的特点.表明宝晶宫3个滴水点的Mg/Ca、Sr/Ca很可能受到降水量、岩溶水来源、上覆土壤的淋滤作用以及碳酸盐先期沉积作用等因素共同影响,并能较好地反映该地区的干湿变化.     

洞穴沉积物的环境记录研究进展

云贵高原有着独特的地理环境 ,其气候变迁应与青藏高原这一特殊的高海拔、低纬度的隆升地块有重要关系。洞穴化学沉积物是响应环境变化的地质记录档案 ,通过对它蕴藏的古气候信息的解译 ,可以反演过去的气候变化。本文侧重介绍了洞穴次生化学沉积物研究近年来取得的最新成果及其研究现状 ,并利用其在古环境研究中的优点 ,来讨论青藏高原的抬升对西南地区环境变化产生的屏蔽效应的可能性。     

广东英德宝晶宫洞穴微环境时空变化特征及其主要影响因素探究

为进一步了解洞穴微环境与气候环境指标之间的相互联系,本文以广东英德宝晶宫溶洞为研究对象,对洞穴空气温度、相对湿度、CO_2浓度进行了为期42个月(2011年12月~2015年5月)实地监测,结果发现宝晶宫洞穴微环境存在明显的时空变化:近洞口处洞穴微环境季节性变化特征明显,而洞穴深处微环境季节变化显著变弱。洞穴微环境的变化主要受到外界气候和天气的变化以及通风效应的影响,前者是导致洞穴微环境季节性变化的主要原因,后者是导致洞穴微环境变化具有空间差异性的主要原因。此外洞穴结构和旅游活动也会对洞穴微环境变化产生影响。本研究结果表明,洞穴通风作用是影响洞穴微环境变化的重要过程之一,其对洞穴沉积气候环境指标的影响可能值得今后进一步深入研究。     

溶洞顶板受荷变形监测过程研究

以青溪大桥桥基岩溶洞穴围岩工程地质条件定性-半定量-定量分析为基础,在岩土自重和桩基的外附荷载作用下,对桥墩所在位置的溶洞顶板稳定性进行综合评价。利用自行研制的钻孔多点位移计对施工荷载施加过程中溶洞及项板岩体的变形进行现场监测,该仪器综合了传统多点位移计和收敛计对深部岩体和岩层表面分别进行监测的优势,利用同一组数据对施工影响下溶洞洞体和顶板的变形规律进行分析。结果表明,在重大施工荷载作用下保证8.0 m溶洞顶板厚度是安全稳定的,大大节约了溶洞处理费用,并为类似的岩溶洞穴稳定性施工提供了有力的技术支持。     

The fungal colonisation of rock-art caves: experimental evidence

The conservation of rock-art paintings in European caves is a matter of increasing interest. This derives from the bacterial colonisation of Altamira Cave, Spain and the recent fungal outbreak of Lascaux Cave, France—both included in the UNESCO World Heritage List. Here, we show direct evidence of a fungal colonisation of rock tablets in a testing system exposed in Altamira Cave. After 2 months, the tablets, previously sterilised, were heavily colonised by fungi and bacteria. Most fungi isolated were labelled as entomopathogens, while the bacteria were those regularly identified in the cave. Rock colonisation was probably promoted by the dissolved organic carbon supplied with the dripping and condensation waters and favoured by the displacement of aerosols towards the interior of the cave, which contributed to the dissemination of microorganisms. The role of arthropods in the dispersal of spores may also help in understanding fungal colonisation. This study evidences the fragility of rock-art caves and demonstrates that microorganisms can easily colonise bare rocks and materials introduced into the cavity.     

豫西鸡冠洞不同尺度滴水水化学分析及对区域极端干旱的响应

论文对自2009年10月到2015年12月豫西鸡冠洞两处滴水：鲤鱼戏水（LYXS）和天宫冰灯（TGBD）进行了连续定点监测及取样分析,并结合2015年8月4—6日对其进行的暴雨监测,从不同时间尺度上分析了滴水的滴速、pH值、HCO^-₃、电导率、Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺、元素比值等指标的变化特征及其与降水的关系。结果表明：1）年际尺度上,鸡冠洞滴水的水化学特征响应ENSO循环引起的多雨年与干旱年降水的变化,其主要受控于土壤CO₂的溶解、上覆物质的淋滤、先期沉积作用（PCP）的强弱;2）季节尺度上,滴水受岩溶水运移路径、淋滤作用、水-岩反应时间及先期沉积作用等因素综合影响表现出明显的季节变化特征;3）在单场降雨尺度上,滴水的水化学特征都不同程度表现出随滴率的变化而变化的趋势,主要受到岩溶水的运移路径、活塞效应、稀释作用等因素影响,而与水-岩反应时间关系不大;4）受到2013年区域极端干旱后“老水”的滞留与2014年新降水的稀释作用影响,其滴水水化学指标的极端值出现在降水量有所回升的2014年。