洞穴次生碳酸盐沉积的Mg/Ca与Sr/Ca比值研究进展--兼论洞穴次生沉积物Mg/Ca与Sr/Ca的影响机制

微量元素是岩溶洞穴沉积中非常重要的一类古气候环境替代指标,为近20年来国内外的一个研究热点。总结前人的研究,主要取得了以下一些重要认识:(1)洞穴上覆土壤和围岩是洞穴次生碳酸盐沉积Mg、Sr的主要来源;(2)Mg/Ca与Sr/Ca能够指示气候环境变化,但需结合其它指标综合考虑。(3)洞穴次生碳酸盐沉积Mg/Ca与Sr/Ca受多种气候环境因素(包括土壤和围岩的组成和性质、水-岩相互作用、先期碳酸盐沉积、分配系数等)影响,其古气候环境指示意义具有多解性;(4)矿物结晶作用对Mg/Ca与Sr/Ca有一定的影响,特别是文石在向方解石转变的过程中容易丢失Mg、Sr,此外,杂质的混入也将抑制Mg、Sr进入方解石,从而引起洞穴次生碳酸盐沉积Mg/Ca与Sr/Ca比值的变化。今后应进一步加强对石笋中这些微量元素的影响机制研究,尤其是对一些影响因素与微量元素含量变化之间的定量关系进行探讨。

岩溶洞穴次生碳酸盐沉积铀及其同位素组成古气候环境研究进展

洞穴沉积铀含量及其同位素初始^(234)U/^(238)U[(^(234)U/^(238)U)_0)]变化均与过去气候环境变化关系密切。文章分别对石笋中U含量和(^(234)U/^(238)U)_0,的气候意义进行统计分析发现,多数研究认为洞穴沉积U含量和(^(234)U/^(238)U)_0可能指示土壤湿度和有效降水变化。然而,不管是对洞穴沉积的U含量还是(^(234)U/^(238)U)_0,其气候环境意义解读还存在两种观点。但无论如何,这些研究成果都显示了洞穴沉积的U含量和(^(234)U/^(238)U)_0是研究过去气候环境变化的重要替代指标。在未来的研究中,除了土壤环境和过程,还应关注U来源的相对贡献变化和其他微量元素与U元素的关系。这一指标可能在对东亚地区的大气粉尘活动和冬季风演化、地表生物量的变化研究等方面发挥重要作用。

洞穴次生碳酸盐沉积稳定碳同位素研究

对国内外有关洞穴次生碳酸盐沉积(石笋)稳定碳同位素值(δ^(13)C)的研究成果进行了梳理和归纳总结,介绍了影响石笋δ^(13)C值变化的因素(如植被(包括植被类型和生物量效应)、土壤过程、大气CO_2、岩溶地下水水文(包括地下水的水动力条件、水-岩相互作用和先期碳酸盐沉积等)),同时介绍了一些模型研究中对影响石笋δ^(13)C值的某些具体气候环境因素(如滴水快慢或时间间隔、通风强度、地下水流动路径等)进行的定量评估.综合1992—2017年对洞穴石笋δ^(13)C值的研究成果,指出洞穴内滴水的CO_2去气作用可能是影响石笋δ^(13)C值变化的关键机制,建议在今后的研究中对此给予高度关注.

洞穴次生碳酸盐沉积的Sr同位素组成研究:历史与前景

对洞穴次生碳酸盐沉积87Sr/86Sr比值的研究进行了回顾,对其潜在的应用前景作了展望。87Sr/86Sr是进行沉积物来源示踪的重要地球化学指标之一。在以往的研究中,根据洞穴次生碳酸盐沉积87Sr/86Sr的变化对一些可能的Sr来源的相对贡献进行了研究,并进一步对其蕴涵的气候环境演化意义进行了探讨。在未来的研究中,示踪物源仍然将是洞穴沉积87Sr/86Sr研究的主要功能。这一指标可能在对地表土壤的化学风化强度及其变化、东亚地区的大气粉尘活动和冬季风演化、岩溶地下水古水文演化研究等方面发挥重要作用。

桂林地区近150年来的气候变化——基于^(210)Pb计年的洞穴碳酸盐沉积物记录

采用 ^(210)Pb定年和碳、氧稳定同位素分析方法对盘龙洞内的洞穴次生碳酸盐沉积物进行了系统研究,重建桂林地区近150年来的气候变化。本文采用的次生碳酸盐沉积物是采自桂林盘龙洞中的P001石笋和P007流石,分别获得9个和12个 ^(210)Pb测年数据;以及41个和46个碳、氧同位素数据。P001石笋碳、氧同位素记录年代跨度为公元1869～2002年,δ^(18)O平均值为-6.28‰,δ^(13)C平均值为-7.59‰;P007流石碳、氧同位素记录跨度为公元1854～2004年,δ^(18)O平均值为-5.27‰,δ^(13)C平均值为-6.68‰。P001石笋和P007流石碳、氧同位素记录的低频信号显示出一致的变化趋势,而且二者的δ^(13)C曲线相对δ^(18)O曲线一致性更强,说明它们受同样环境条件所制约,同时也说明了其 ^(210)Pb年代系列的建立是可靠的。盘龙洞石笋和流石的δ^(18)O和δ^(13)C记录在公元1930～1965年都出现一个低谷,表明该时段植被生产力相对减弱,亦即降水相对减少。通过P001石笋和P007流石的碳、氧同位素记录与现代降雨记录的比较可知,在年际至10年际尺度上,氧同位素反映的为降水或者季风的强弱。由此,公元1854年到2005年的151年内,盘龙洞碳酸盐沉积物氧同位素所反映的气候变化信息为3个阶段:1)1854年至1900年的相对较强季风期,降水量较丰,δ ^(18)O平均值为-6.3‰;2)1900年至1960年的较弱季风期,降水量较少,δ ^(18)O平均值为-5.1‰;3)1960年至2005年的较强季风期,降水量较丰富,δ ^(18)O平均值为-6.1‰。