岩溶动力学的理论探索与实践

国土资源部岩溶动力学重点实验室的研究群体自1990年以来连续成功实施了3个国际岩溶对比计划项目，包括IGCP299、IGCP379、IGCP448，在岩溶形成、碳循环、岩溶生态和水资源等领域，为国际岩溶学术界提供了共同解决岩溶地区资源环境问题的机会，将地球系统科学思想引入现代岩溶学，建立岩溶动力学理论，有力地推动了国际岩溶学科的发展。目前正在执行的IGCP513“岩溶含水层与水资源”项目继续引领国际岩溶地质研究方向。相关成果为在中国桂林建立联合国教科文组织“国际岩溶研究中心”（IRCK）奠定了坚实基础。由此回顾了20多年来岩溶动力学理论在中国的发展过程。概述了其主要的科学成果和应用前景。指出了地球系统科学的引入、全球视野的研究和及时将理论用于解决岩溶地区的资源环境问题在现代岩溶学发展中的重要意义。经过20余年的不断探索，形成了岩溶动力学理论的基本思路，并创造性地总结了一套捕捉碳、水、钙循环的行踪的工作方法。通过全球对比，提出“岩溶形态组合”概念，将岩溶形态组合与岩溶形成环境条件建立对应关系，解决异质同相、同质异相这一令岩溶学者迷惘的问题。将岩溶学引入全球变化研究，一方面把岩溶作用与全球碳循环紧密的联系在一起，通过对CO2-H2O-CaCO3系统（岩溶动力系统）的定位观测，发现全球最大的碳库-碳酸盐岩体在全球碳循环中仍甚活跃；另一方面，岩溶动力系统（KDS）对环境变化十分敏感，响应及时，其相关沉积物可记录全球变化。将岩溶地质过程与生态学联系在一起，将现代岩溶学理论的研究推向应用，与生产实践结合。在岩溶动力系统运行机制和运行规律、我国岩溶动力系统的类型划分和分布规律、在表生岩溶系统碳循环与大气CO2源汇关系、利用石笋记录重建古气候、古环境变化过程及中国西南岩溶生态系统研究等方面均获得了突出成果，如首次估算了我国和全球因碳酸盐岩溶蚀回收大气CO2的量，中国为1.774×10^7t／a，而全球为6.08×10^8t／a；证实了西南岩溶区典型表层岩溶泉水化学的季节、日变化与暴雨动态，表层岩溶泉水化学取样的频率需要重新审定，而且水文水化学的连续监测对于岩溶作用强度和岩溶作用碳循环的高精度评价是十分必要的；要了解岩溶系统水化学的变化，仅考虑水-岩相互作用是不够的，我们还必须重视CO2气体对岩溶系统中水化学变化的影响，即岩溶系统水化学动态的变化是CaCO3-H2O-CO2三者相互作用引起的，水-岩-气相互作用的概念必须引入岩溶水化学的研究中；揭示了过去0．16Ma来亚洲季风和低纬度地区降雨变化的特征，说明太阳辐射强度增高，驱动了盛问冰期的出现，重建了荔波地区2．3ka来古气候环境的演变历史，贵州董哥洞石笋提供了低纬度、低海拔地区，可较好定年，更接近水汽来源区的古气候变化的替代指标；石笋记录发现末次冰期以来存在有多次冷事件-Heinrich冷事件H1-H5跃变事件，新仙女木事件在我国南方的洞穴沉积物中具有显著的反映。对西南8省区市岩溶县、石漠化严重县统计和空间分布特征的分析研究表明地质地貌条件对岩溶区资源、环境和社会经济具有制约作用，认为西南岩溶区石漠化综合治理首先要在岩溶地质条件的基础上，结合气候、水文和社会经济状况，才能深入分析岩溶区石漠化的成因、危害和类型。划分出岩溶区石漠化综合治理区域8大区成为“西南岩溶石漠化综合治理规划大纲”编写的重要基础。