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.     

重庆雪玉洞洞穴滴水水文地球化学时空变化特征及其环境意义

为揭示不同类型的洞穴滴水水文地球化学指标季节变化特征及其对外界气候变化的响应机制,从2015年3月至2017年3月对重庆丰都雪玉洞内的4处滴水点的地球化学指标进行两年的动态监测,结果表明,4个滴水点的水化学类型主要为HCO_3~--Ca~(2+)型,且常年处于沉积状态,但不同类型的滴水点在滴量及离子浓度方面差异明显;受制于基岩溶蚀作用、稀释作用、先期沉积作用(PCP)等地球化学进程,4个滴水点的Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-、EC、pH、pCO_2、SIc等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;不同类型滴水点的Mg/Ca比变化规律并不一致,这与每个滴水点的运移路径不同及PCP强度不同有关;4个滴水点的δ~(13)C_(DIC)受到土壤CO_2浓度及水动力条件的影响,与外界气温降水量均表现出一定的相关性,但在以管道流为主的滴水点中,δ~(13)C_(DIC)往往在短时间尺度上表现出雨量效应.     

喀斯特洞穴滴水Ca、Mg离子特征与降雨、温度相关研究——以贵州安顺石将军洞为例

为了分析洞穴滴水Ca2+、Mg2+和降雨、气温内在联系、进一步帮助解译周围地区地表环境,我们从2011年6月至2012年5月对贵州石将军洞滴水Ca2+、Mg2+等地球化学特征和周围气候进行了为期一年的监测,发现7个滴水点Ca2+、Mg2+年际变化趋势具有明显一致性,分为波动区、高值区及低值区,滴水点Mg/Ca比值与月降雨量没有明显一致性变化,但波动区,高值区及低值区均值与月降雨量具有很好的相关性,能够反应外界降雨量变化。并且研究发现,在低值区由于温度和土壤CO2的影响,造成滴水Ca2+、Mg2+在1月份突变性降低,成为年际变化的波谷期。     

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。     

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.     

生物壳体Sr/Ca、Mg/Ca、~(87)Sr/~(86)Sr比值在恢复古气候、古环境中的应用——以小渡口剖面为例

生物壳体的Sr/Ca、Mg/Ca比值能反映其沉积水体的Sr/Ca、Mg/Ca比值 ,在一定条件下反映水体的盐度、温度 ,并分别与宿生水体的盐度、温度呈正比关系。生物壳体的87Sr/ 86Sr比值是恢复盆地古水文条件的一种重要手段。本文以著名的泥河湾盆地小渡口剖面的第 2 8层为实例 ,力图通过对有孔虫、介形虫、腹足类生物壳体Sr/Ca、Mg/Ca比值与87Sr/ 86Sr比值的对比研究 ,并结合前人所作的中更新世古地理特征研究 ,来恢复生物壳体沉积时泥河湾古湖水的温度、盐度 ,进而进行古气候、古环境的恢复。研究结果表明 :在 0 .97～ 0 .94Ma间 ,古泥河湾湖为一陆相湖泊 ,湖水的温度、盐度变化趋势相吻合 ,均呈低—高—低的演化特征 ,可能对应着盆地水体的扩展—退缩—扩展变化。其中 ,在 0 .96～ 0 .95Ma间 ,古泥河湾湖具有较高的温度、盐度特征。     

大气沉降对川东北喀斯特河水中Mg、Ca、Sr和Ba的贡献

在受大气粉尘活动强烈影响的岩溶地区,大气输入对岩溶地表河水中的金属元素尤其是溶解态元素的影响还较少评估。选择位于秦岭山地、受大气粉尘活动强烈影响的川东北岩溶地区的诺水河,通过2011年7月至2014年6月河水中Mg、Ca、Sr和Ba等元素含量及其变化,结合当地大气沉降观测结果,分析了河水中这些元素的季节变化与影响因素,特别是大气输入对河水中这些金属元素的贡献。结果显示:(1)河水中Mg、Ca、Sr和Ba四种元素显示出明显的季节变化,大气降水稀释作用导致夏季河水中元素浓度值偏低,冬季稀释作用的减弱和粉尘活动加强可能导致河水中元素浓度值偏高;(2)河水中Mg、Ca、Sr和Ba四种元素来源于大气沉降的比例分别是3.1%、7.2%、21.3%和34.8%。这表明在川东北地区,大气沉降对喀斯特河水中部分金属元素如Sr和Ba存在显著影响。     

南海西沙大砗磲高分辨率Sr/Ca温度计及其意义

本文对采自南海西沙的现代大砗磲(AD1994--2005)进行高分辨率Sr/Ca比值分析.结果表明.与其他海洋双壳类Sr/Ca的不规律变化特征不同,南海砗磲St/Ca比值呈现出很好的年周期变化,且与实测SST形成很好的对应.通过全年对应和极端对应两种方法,建立了月分辨率砗磲Sr/Ca与SST的相关方程,分别为:Sr/C...     

岩溶洞穴滴水δ13CDIC季节变化特征及其环境意义

为揭示岩溶洞穴滴水中水文地球化学指标与稳定碳同位素特征及其对外界环境变化的响应,作者在2019年夏季和冬季2个时期分别对麻黄洞进行监测。通过对麻黄洞滴水水化学指标和滴水δ¹³C_DIC进行监测并利用数理统计方法分析,结果表明：(1)麻黄洞滴水水化学类型为HCO₃-Ca·Mg型,2个滴水点SIc、SId均大于0,滴水处于饱和状态。(2)麻黄洞滴水水化学指标表现出不同季节和空间的变化趋势,MH1和MH2的滴水δ¹³C_DIC值呈现出夏季偏轻、冬季偏重的季节变化特征,响应外界降水变化。(3)麻黄洞上覆受人类活动影响,其中产生的SO₄^2-、NO₃^-等离子介入导致MH1和MH2的δ¹³C_DIC发生偏重的变化,因此研究麻黄洞气候响需考虑SO₄^2-、NO₃^-的影响。     

岩溶地下河流域水循环方式的降水效应

岩溶水中锶元素来源于碳酸盐岩地层的溶解,其浓度受地层岩性及地下水径流条件的控制.通过对贵州荔波板寨地下河流域微量元素锶的水文地球化学特征分析,发现在纯碳酸盐岩流域范围内,岩溶水中锶浓度只受控于地下水径流条件,因而Ca/Sr值能良好的示踪岩溶区地下水循环.在本文中,以Ca/Sr值为判别依据,将板寨地下河流域7个水样点划分...     

洞穴滴水的水文地球化学过程:贵州犀牛洞的研究

为了揭示洞穴滴水的水文地球化学过程,对贵州镇宁犀牛洞3个滴水点的滴率、水化学组成等进行为期1年的动态监测,示踪结果显示出犀牛洞滴水对大气降水的响应较快(28天以上),滴水的物质组成直接源自于洞穴环境,即土壤和岩石,而大气降水携带的物质成分较少,滴水点均受到不同源来水的影响。洞穴滴水的化学组成中元素含量的变化主要由水运移过程中水-土、水-岩作用导致的岩石溶解-方解石沉淀过程所控制,表明犀牛洞滴水点的次生沉积物可能记录了环境变化信息。     

河南夏邑县长寿现象与饮用水水质的关系

基于野外调查采样和室内分析,探讨了夏邑县饮用水中化学元素和长寿人口分布特征以及夏邑县不同乡镇饮用水中化学元素的差异及其与长寿人口分布的相关性。结果表明,夏邑县长寿人口具有明显的空间聚集性,县境内80岁以上及95岁以上人口均呈东北-西南带状分布;与对照相比,夏邑县饮用水中Ca、Cu、Mg、Mn、Pb、Se、Sr、Zn等元素含量较高,而Cd、Cr、Fe、Hg、K、Na等元素含量较低;长寿水平相同的乡镇中百岁人口比例存在明显差异,百岁人口比例较高的乡镇饮用水中Ca、Fe、Mn、Se、Sr等元素富集,而Cu、K、Pb等元素亏损。研究表明,富Ca、Mg、Mn、Se、Sr等生命元素且无重金属污染的弱碱性饮用水是区域长寿的一个重要原因,而饮用水中Ca、Mg、Mn、Se、Sr、Pb分布不均是限制夏邑县百岁人口分布的关键因素。     

密云库区1991～2011年水质变化趋势研究

运用多元统计方法分析密云库区1991~2011年17个指标3个监测点的水质时间变异特征.应用聚类分析划分年际尺度上的年际Ⅰ(1991~1993,1995年),年际Ⅱ(1994,1996~2000,2002~2006年),年际Ⅲ(2001,2007~2011年)和季节尺度上的非汛期(11~12月、1~4月),汛期(5-10月).基于此,运用判别分析阐释影响年际及季节水质变异的环境因素,最后运用因子分析识别不同年际段的污染来源和组成.密云水库21年间TP均值(0.03mg/L)略高于地表水Ⅱ类标准,TN均值(0.98mg/L)超过国家Ⅱ类标准的0.96倍,NO3--N是TN均值超标的主要原因,氮磷污染问题仍需要重点监测和治理;库区植物生长状况和密度不均等及人为排放的不固定性使得TP变异系数较大;NO3--N的较大变异系数体现在年际及季节变异性,非点源污染的控制(水土保持、化肥使用量减少、生活污水减少)和网箱养鱼的取消改善了库区21年水质,NO3--N浓度降低,其季节变异发生在特定季节;另外,年际尺度上,气候变化引起了库区T增加;酸性点源减少使p H升高;工业活动、化肥使用等人为影响的SO42-显著上升促进了碳酸盐岩溶解,使EC、Ca2+、Mg2+、SO42-、T-Hard、T-Alk浓度增加;内源污染减少致使BOD5浓度下降;季节尺度上,季节性气温变动促使非汛期T低于汛期;非汛期碳酸盐岩溶解使Mg2+浓度高于汛期.对比不同年际段的水体污染来源,点源-非点源复合污染转化为以非点源污染为主,21年间非汛期地下水补给过程中碳酸盐岩的溶解作用一直影响水体化学特性,汛期降水径流携带的污染物直接影响水质状况,氮素污染组成简化,以NO3--N为主.控制流域水土流失、畜禽养殖、化肥使用等非点源污染,增强水利流通性,及时清理底泥及沉积物,能够有效减少库区氮磷,有机物及离子污染.     

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.     

贵州瓮安岚关磷矿元素特征及沉积环境分析

为了详细研究贵州瓮安岚关地区晚震旦世灯影期元素特征及沉积环境演化,对该区广泛发育的叠层石磷块岩进行了系统采样分析。结果表明,叠层石磷块岩中较高的Ca/(Ca+Fe)值及纹层构造的发育,指示研究区沉积期属于超咸水环境;而Sr/Ba值则说明沉积期古海水盐度发生多次改变。微量元素总量、Sr含量以及1000×(Sr/Ca)值等反映沉积期瓮安岚关一带水体深度较浅,水深变化频繁。Fe的存在形式、V/Cr及Ceanom值说明沉积期岚关地区处于一个较为氧化环境中。而Al/Ti值及Mg/Ca值则说明沉积期岚关地区降雨量较多,古气候较潮湿。     

近50 a来海南岛不同气候区气候变化特征研究

利用均匀分布在海南岛的7个国家标准气象站1959-2008年温度和降水资料以及海南岛气候区划成果,研究海南岛近50 a来不同气候区的气候变化特征,结果显示:近50 a来海南岛各气候区的温度总体呈上升趋势,并以东北区及西南区温度上升最为明显,其次是中部山区、东南区和西北区。在年际尺度上,不同温度指标的增幅大小排列为:年平均最低温度(T_min)>年平均温度(T_mean)>年平均最高温度(T_max)。在季节尺度上为:秋季和冬季>春季和夏季。不同气候区各季节的增温幅度地区间差异与年际尺度相似。各气候区的年平均温度都有突变发生。其中,西南区的突变时间为1972-1974年,西北区为1979年,东北区为1987年,东南区为1985-1990年,中部山区为1990年。各气候区累年平均降水量差异较大,以中部山区降水最为丰沛,西南区相对较少;各气候区在年际尺度上的降水波动较大,除西南区外,年降水量距平都未通过P<0.05的显著性检验。干季和湿季的降水量对年降水总量的贡献率以湿季最大,为80%,干季较小,为20%;干季多小雨,湿季多大雨。在干季,中部山区降水的贡献率最大,其他气候区相对较小,而湿季却相反。各气候区大雨和暴雨的降水量约占年降水总量的50%;西南区为大暴雨及特大暴雨多发地区。