不同岩溶环境条件下岩溶地下水中δ^13CDIC特征

岩溶地下水的δ13 CDIC值主要是受土壤碳库和碳酸盐岩碳库的δ13 C所制约。本研究选取两个气候条件完全不同的南方广西桂林、北方山西汾阳为对比研究对象,通过取样测试分析两个地区岩溶地下水的δ13 CDIC值,发现北方汾阳岩溶地下水的δ13 CDIC范围为-7.53‰～-12.25‰,平均为-9.84‰;南方桂林岩溶泉水的δ13 CDIC范围为-9.22‰～-15.99‰,平均为-13.06‰;北方岩溶水比南方偏重3.22‰。结合两个地区所处的气候环境条件分析,北方暖温带干旱半干旱大陆性季风区,C4植被发育,C3/C4比例低,土壤碳库的δ13 C重;南方亚热带湿润季风区C3植被发育,C3/C4比例高,土壤碳库的δ13 C轻。因此气候条件不同引起生态条件的差异而造成南北方地下水δ13 CDIC的不同。这为利用同位素方法研究地下水对气候条件变化的响应提供了理论依据。

贵州纳朵洞洞穴水化学性质和δ^(13)C_(DIC)特征及其影响因素研究

文章对2013年4月至2014年5月期间贵州关岭纳朵洞四处滴水(D3、D4、D10、D11)和一处池水(DC)进行了动态监测,逐月采集洞穴水样品,分别测定样品的稳定碳同位素组成和水文地球化学参数,探讨了纳朵洞洞穴水化学性质、δ^(13)C_(DIC)值变化特征及其之间的相关性。结果表明:(1)洞穴水在监测期间相对方解石为过饱和水,且正在沉积碳酸盐,而在雨季洞穴水SIc降低,PCO_2升高;(2)洞穴水的溶解无机碳同位素值(δ^(13)C_(DIC))呈现显著的季节变化规律,夏季值偏轻,冬季偏重,可以较好的响应外界环境变化;(3)5个监测点洞穴水同期的δ^(13)C_(DIC)值存在较大差异,洞穴水δ^(13)C_(DIC)值分别与其相应的Ca^(2+)、Mg^(2+)、HCO^-_3、EC和SIc等水文地球化学指标之间存在较好的相关关系,受到不同程度土壤淋溶、基岩溶解以及前期方解石沉淀(PCP)的共同作用。因此,结合水文地球化学过程分析洞穴次生沉积物中碳同位素携带的环境信号,将提高对δ^(13)C解译的准确性。

重庆市青木关地下河水化学及其δ^(13)C_(DIC)变化特征

为了确定地下水中溶解无机碳和地下水中物质的来源,于2010年4月至2011年1月对重庆市青木关地下河流域系统进行了连续监测,分析其常规水化学组成、溶解无机碳含量及其同位素(δ13CDIC)组成变化特征及影响因素,2010年农耕期间(5-6月)又对部分观测点进行了加密取样分析。分析结果表明:(1)地下河水为HCO3-Ca型,其变化受水岩作用和降水作用的影响;(2)地下水中(Ca2++Mg2+)/HCO3-的摩尔比值为0.6～0.72,平均为0.67,表明碳酸盐岩溶解受C3植被下土壤CO2、HNO3和H2SO4的共同作用的影响;(3)地下河水中由碳酸溶解碳酸盐岩产生的[HCO3-]的贡献率为56.16%～81.25%,平均为66.96%,硝酸和硫酸溶解碳酸盐岩产生的[HCO3-]的贡献率为18.75%～43.84%,平均为33.04%;(4)青木关地下河出口地下水的δ13 CDIC变化范围为-8.17‰～-13.68‰,平均值为-10.53‰。农耕期和枯水期地下河水的δ13 CDIC平均值分别为-9.25‰和-12.29‰,农耕期较枯水期偏正,偏正幅度达3‰,表明人类农业活动物质输入对地下河水δ13 CDIC有较大的影响。

地貌变化对洞穴滴水δ^(13)C_(DIC)值的影响研究

为研究高原与峡谷区地貌变化对洞穴滴水δ13CDIC值的影响,选择贵州安顺石将军洞(高原区)和花江镇大消洞(峡谷区)为研究对象,对洞穴滴水进行了为期1 a的监测,对比分析了高原与峡谷区中两种不同类型洞穴的滴水δ13CDIC值的差异。结果表明,不同洞穴类型,洞内滴水对地表环境特征记录具有差异性:①石将军洞滴水按照滴速变化分为季风影响型和稳定型,而大消洞则分为暴雨影响型和季风影响型;②降雨量对洞穴滴水δ13CDIC值的影响主要通过土壤中碳起作用;不同类型洞穴顶板厚度、深度、洞口大小及形状的不同,其记录洞穴滴水δ13CDIC值变化特征亦不同。所得结论为探讨洞穴滴水δ13CDIC的影响因素及其在古环境重建中的应用,提供了理论支撑。

夏季汾河干流溶解无机碳同位素组成及其来源

根据2019年8月对汾河干流水文参数和碳酸盐参数的调查,初步探讨了溶解无机碳(DIC)及同位素值(δ^13CDIC)的沿程变化及其影响因素.结果显示,源头水DIC为2756μmol/kg,δ^13CDIC为-9.6‰,土壤CO2输入和碳酸岩化学风化可能是其主要来源;在太原市区上游的水库影响区,较强的初级生产使得水体DIC(平均值为2377μmol/kg)和CO2分压(p CO2)(平均值为552μatm)偏低,δ^13CDIC(平均值为-5.2‰)偏正,而在市区下游的水坝滞流影响区,城市污水的大量输入和有机物的降解使得DIC(>4900μmol/kg)和p CO2(>5000μatm)显著升高,δ^13CDIC(<-10.3‰)偏负;在流经主要粮食产区的汾河下游,δ^13CDIC偏正(^-8.0‰)于源头,可能与C4植被(如玉米)的存在有关.可见,人为干扰已成为影响汾河DIC沿程变化的重要因素,表现为大气CO2强源的城市下游水坝滞留区在今后需受到更多关注.

不同类型水生植物对水化学性质影响差异研究

为揭示不同类型水生植物对水化学性质及碳循环的影响,对重庆交通大学李子湖8个监测点的水温、pH、电导率(EC)、溶解氧(DO)及总溶解固体(TDS)数据进行了分析。结果表明:沉水植物光合作用对水化学性质具有重要影响;西岸分布的挺水植物以大气中CO2为主要碳源,挺水植物对藻类的抑制作用使藻类光合作用减弱,从而导致西岸光合作用的影响弱于东岸;结合湖水稳定碳同位素(δ^13CDIC)分析,从上游到下游,东岸DO和pH逐渐降低而溶解无机碳(DIC)浓度逐渐增加,其原因可能是有机质分解硝化耗氧以及大气中CO2进入水体造成的;而西岸挺水植物生长在加剧了碳酸盐溶蚀的同时,也阻碍了大气中CO2进入水体,几种作用的相互影响导致西岸湖水δ^13CDIC沿程逐渐偏正但DIC浓度沿程变化不大。两岸水化学性质变化特征的差异说明不同植物类型对水化学性质的影响也存在差异。

岩溶地下河补给的地表溪流溶解无机碳及其稳定同位素组成的时空变化

岩溶水体中溶解无机碳(DIC)主要以HCO_3^-形式存在,其同位素(δ^(13)CDIC)被广泛用于示踪DIC的不同来源及其影响因素.为了解亚热带典型岩溶溪流溶解无机碳及其稳定同位素的分布规律,本文以广西柳州官村地下河补给的地表溪流为研究对象,对其水化学特征和δ^(13)CDIC进行分析.结果表明,溪流上游和下游的DIC与δ^(13)CDIC都表现出明显的时空变化特征,地下河出口(G1点)HCO_3^-旱季浓度变化范围为(4.73±0.14)mmol·L^(-1),而雨季为(4.23±0.68)mmol·L^(-1).溪流下游(G2点)HCO_3^-旱季浓度变化范围为(4.56±0.23)mmol·L^(-1),而雨季为(4.20±0.59)mmol·L^(-1).溪流上游的旱季δ^(13)CDIC变化范围为-12.22‰±0.49‰,雨季的变化范围为-12.28‰±0.82‰;溪流下游的旱季变化范围为-10.73±0.71‰,雨季的变化范围为-11.10‰±0.90‰.两个点水体DIC含量旱季均高于雨季,且G1点要高于下游G2点.两个点水体δ^(13)CDIC值旱季较雨季偏重,且G2点水体δ^(13)CDIC值显著高于G1点δ^(13)CDIC值.地下河水和溪流DIC主要来源于土壤CO2和碳酸盐岩溶蚀,但是溪流上游与下游DIC和δ^(13)CDIC值差异表明水体的CO2脱气作用,水生植物的光合作用显著影响了水体DIC和δ^(13)CDIC值.

人类活动对漓江地表水体水-岩作用的影响

人类活动对流域水质的影响受到越来越多的关注.为探讨人类活动对岩溶地表水体水-岩作用的影响,以受农业、工业、旅游业活动及城市发展综合影响的漓江流域为研究对象,于2016年7~11月采集河水样,分析水化学和δ^(13)C_(DIC)数据.结果表明:(1)漓江水化学类型为HCO_3-Ca.在阴离子成分中,SO_4~2和NO_3^-仅次于HCO_3^-,并且在漓江桂林至阳朔段,因城市及城镇分布密集,旅游业发达,浓度较高.(2)[Ca^(2+)+Mg^(2+)]/[HCO_3^-]当量比值在1.01~1.51之间,[Ca^(2+)+Mg^(2+)]/[SO_4^(2-)+NO_3^-+HCO_3^-]比值在0.85~1.12之间,说明硫酸、硝酸参与了水-岩作用.(3)碳酸溶蚀碳酸盐岩的比例平均为75.89%.硫酸和硝酸溶蚀碳酸盐岩的比例平均为24.11%.硝酸、硫酸溶蚀碳酸盐岩的能力多雨期强于少雨期.此外,硫酸和硝酸溶蚀碳酸盐岩的比例从上游到下游呈波动增大趋势,最高值出现于灵川县城,最低出现于漓江上游的华江.(4)碳酸风化碳酸盐岩对HCO_3^-的贡献最大,平均为83.58%;其次为硫酸和硝酸风化碳酸盐岩,平均为14.24%;碳酸风化硅酸盐岩对HCO_3^-的贡献最小,平均为2.18%,华江和峡背碳酸风化硅酸盐岩对HCO_3^-的贡献较其他点突出,这与流域地质背景相符合.(5)δ^(13)C_(DIC)值介于-11.95‰^-7.61‰之间;通过端元混合模型估算的δ^(13)C_(DIC-rock)介于-14.24‰^-7.23‰之间.多雨期δ^(13)C_(DIC)值与δ^(13)C_(DIC-rock)值比较接近,少雨期δ^(13)C_(DIC)值明显重于δ^(13)C_(DIC-rock).δ^(13)C_(DIC)与δ^(13)C_(DIC-rock)之间存在一定差异,是由于受到水生植物光合作用的影响.