喀斯特洞穴CO_2时空变化特征及其控制因素分析

岩溶洞穴空气CO_2变化影响次生沉积物沉积和溶蚀,它关系到洞穴旅游景观的稳定性及洞穴环境的舒适性,是岩溶作用发生的关键因素。本文以一个水文年监测数据为主,结合洞穴上、中、下垂直监测结果,分析了大风洞洞穴空气CO_2时空变化特征及其影响因素。结果表明:(1)在空间尺度上,越靠近洞口通风效应越强,洞穴空气CO_2浓度越低,越接近大气的CO_2浓度,当上升到一定阀值时,CO_2浓度基本保持稳定状态;(2)在长时间尺度,大风洞洞穴CO_2浓度表现为夏季>秋季>春季>冬季的一个变化趋势,夏季波动幅度较大,而冬季较为平缓;(3)在垂直尺度上,春、夏、秋季洞穴CO_2浓度、相对湿度差异大,且洞底部CO_2浓度和相对湿度大多高于洞顶部。越往洞穴深入,3个环境参数的垂直差异均减小;(4)影响因素上,大风洞CO_2主要受洞道结构及通风效应、洞穴上覆土壤环境、岩溶作用、旅游活动的影响,其中以岩溶作用最为突出。

贵州织金洞CO_2浓度不同时间尺度变化及其影响因子分析

作为影响洞穴沉积物沉积的重要因素,洞穴空气CO_2浓度对洞穴次生沉积物景观的稳定性以及旅游环境的舒适性具有重要影响。通过对贵州织金洞2015年1月至2016年6月连续18个月的洞内外环境(CO_2浓度和温湿度)、水文地球化学指标、洞顶上覆土壤CO_2浓度、降水量和游客数量等要素的监测,并结合2015年"十一"期间洞穴空气环境连续5昼夜的系统监测,探讨织金洞洞穴空气CO_2浓度时空变化特征及其控制因素,结果显示:(1)在空间尺度上,织金洞CO_2浓度呈现明显的空间变化,从洞口至洞内深处,CO_2浓度呈非线性上升,至洞内越深CO_2浓度变化越稳定。这主要是洞内外气流交换作用程度、洞道结构、洞内海拔差异等因素综合导致的;(2)季节变化上,织金洞洞内空气CO_2浓度总体上存在明显的雨季高旱季低的特点,这主要受旅游活动和岩溶作用吸收大量上覆土壤CO_2、滴水、池水脱气作用等因素控制;日际和昼夜变化上,"十一"期间随着进入洞内游客数量的增加,CO_2浓度白天较夜间高,随着游客数量不断攀升,CO_2浓度总体呈上升趋势;温湿度对洞内空气CO_2浓度变化有一定的调控作用,但相对较弱。(3)总体上CO_2浓度变化主要是由洞内外气流交换作用(通风效应)、洞道结构、旅游活动以及洞外自然环境的变化和岩溶作用等要素相互耦合的结果。因此在洞穴环境保护方面需要综合考虑各方面要素,通过科学管理促进洞穴旅游的可持续发展。

桂林凉风洞洞穴空气及滴水水化学对区域环境的响应

针对广西桂林凉风洞洞穴空气(CO_(2)、δ^(13)C_(CO2))和滴水的物理、化学指标(水温、电导率、pH、Ca^(2+)、HCO_(3)^(-))开展一年监测。结果表明:受到洞穴上覆土壤层CO_(2)的影响,洞穴空气CO_(2)和δ^(13)C_(CO2)分别呈现出明显夏季高、偏轻,冬季低、偏重的季节性变化规律;各个监测点CO_(2)和δ^(13)C_(CO2)存在差异的主要因为是受到洞穴内部结构的阻隔作用,以及土壤层CO_(2)在岩溶表层带不同滞留时间的影响,但是δ^(13)C_(CO2)变化相对于CO_(2)对于外界环境的响应更加灵敏,且不同季节洞穴的通风模式差异使得洞穴空气CO_(2)影响因素存在差异,夏季土壤CO_(2)为主要影响因素、冬季大气CO_(2)为主要影响因素。与此同时,洞穴滴水水化学指标也均表现出明显季节性变化特征。虽然雨季携带进入管道或裂隙的CO_(2)增加,但是与表层岩溶带“老水”混合使其整体上呈现为缓慢上升。桂林地区季节性干旱使得洞穴顶部入渗水补给量减少,导致对围岩的溶解量相对降低,使其成为水化学指标快速下降的主要影响因素。此外,每个滴水点的水化学指标变幅因其径流路径的不同存在差异。

鸡冠洞CO2和222Rn变化特征以及与旅游活动关系研究

洞穴空气CO2和222Rn是岩溶洞穴中重要的小气候参数,理解影响洞穴空气CO2和222Rn浓度的时空变化特征及控制因素,对合理开发洞穴旅游资源有一定现实意义。本文通过2011年12月至2019年4月对我国南北气候过渡带附近河南省栾川县鸡冠洞空气CO2和222Rn浓度的多时空尺度的变化特征进行监测研究,主要得到以下结论:(1)在空间变化上,洞穴空气中的CO2和222Rn浓度主要受洞穴结构和通风效应的影响。越往洞内,CO2和222Rn浓度越大。(2)洞穴空气中的CO2和222Rn浓度季节变化特征明显,雨季上升,旱季下降,都受洞外水热环境的影响。鸡冠洞CO2浓度变化范围为307~4678 mg/L,受游客旅游活动的影响较为显著,空气222Rn浓度变化范围为33.0~2421.2 Bq/m3,主要受洞穴结构和通风作用的影响。(3)在昼夜尺度的变化上,洞穴空气CO2白天上升,夜间下降,主要受旅游活动的影响。空气中的222Rn浓度与旅游活动的关系不明显。(4)鸡冠洞內吸入氡子体所导致的內照射人均年有效剂量为29.6 mSv/a,虽然氡子体对一般游客产生危害较小,但年累积量需考虑,尤其是鸡冠洞内一线导游的核辐射安全防护。

基于岩溶洞穴旅游活动中洞穴环境因子的研究

随着人们生活水平的不断提高,岩溶洞穴旅游活动日益频繁,使得对洞穴环境的综合研究以及洞穴旅游管理变得尤为重要。通过调研国内外岩溶洞穴旅游管理的现状,结合岩溶洞穴环境的研究成果,综合分析岩溶洞穴环境因子,如温度、相对湿度、洞穴CO2浓度等,对岩溶景观的影响,探讨溶洞环境的自净能力以及景观保护与修复措施等问题;针对目前岩溶洞穴旅游开发的有限空间与无序客流的矛盾,提出了合理调控洞穴旅游客流量,增强洞穴旅游景观资源保护意识,从地学、旅游、环境以及健康等角度评估和开发洞穴,使旅游活动对环境因子的影响限制在可控范围,实现洞穴旅游的可持续发展。

喀斯特地区土壤-洞穴CO_2时空迁移变化特征

为研究土壤-洞穴CO_2含量动态变化特征,选择织金洞及其岩溶表层3个样地进行监测。研究表明:土壤CO_2与洞穴CO_2变化规律具有一致性,均表现为春升、夏高、秋降,冬稳定的特征。夏季至秋季土壤-洞穴CO_2均呈上升趋势,土壤CO_2为0.13 mmol mol^(-1),洞穴CO_2为0.44 mmol mol^(-1),存在累积效应。织金洞为多进口洞穴,随着距洞口不断的深入,在灵霄殿至飞鸟觅食CO_2达到高值区为1.51 mmol mol^(-1),两端分别为:1.34 mmol mol^(-1)、1.05 mmol mol^(-1),呈现两端低中间高的分布趋势。织金洞上覆土壤CO_2含量是大气CO_2含量的22~27倍,是洞内CO_2含量的7~9倍。随着大气CO_2进入到土壤,土壤CO_2含量呈直线上升,直到60 cm处开始下降,经过基岩溶管、溶隙等进入洞穴内部。另一部分洞穴空气CO_2由大气降水-土壤水-洞穴水PCO_2转化而来,研究区为重碳酸盐钙型水和硫酸盐钙型水。研究发现:洞穴CO_2高值区自1月随时间变化分布特征为:中部→中部、前半段过渡带→前半段→前半段、中部过渡带→中部的迁移过程。这种新发现对喀斯特地区洞穴气候环境研究与洞穴开发保护具有重要的理论意义和实践指导价值。

Influences of air CO2 on hydrochemistry of drip water and implications for paleoclimate study in a stream-developed cave, SW China

Cave air CO_2 is a vital part of the cave environment. Most studies about cave air CO_2 variations are performed in caves with no streams; there are few studies to date regarding the relationship of cave air CO_2 variations and drip water hydrochemistry in underground stream–developed caves. To study the relationship of underground stream, drip water, and cave air CO_2, monthly and daily monitoring of air CO_2 and of underground stream and drip water was performed in Xueyu Cave from 2012 to 2013.The results revealed that there was marked seasonal variation of air CO_2 and stream hydrochemistry in the cave. Daily variations of cave air CO_2, and of stream and drip water hydrochemistry, were notable during continuous monitoring.A dilution effect was observed by analyzing hydrochemical variations in underground stream and drip water after rainfall. High cave air CO_2 along with low p H and low δ^(13)C DIC in stream and drip water indicated that air CO_2 was one of the dominant factors controlling stream and drip water hydrochemistry on a daily scale. On a seasonal scale, stream flows may promote increased cave air CO_2 in summer; in turn, the higher cave air CO_2 could inhibit degassing of drip water and make calcite δ^(13)C more negative. Variation of calcite δ^(13)C(precipitated from drip water) was in reverse of monthly temperature, soil CO_2, and cave air CO_2. Therefore,calcite δ^(13)C in Xueyu Cave could be used to determine monthly changes outside the cave. However, considering the different precipitation rate of sediment in different seasons,it was difficult to use stalagmites to reconstruct environmental change on a seasonal scale.

河南鸡冠洞CO2季节和昼夜变化特征及影响因子比较

岩溶洞穴空气CO_2变化影响次生沉积物沉积和溶蚀,它关系到洞穴旅游景观的稳定性及洞穴环境的舒适性,是岩溶作用发生的关键因素,进行洞穴空气CO_2变化的机制研究对于理解岩溶作用发生规律和现代洞穴合理保护具有重要意义.本文基于对我国南北地理分界区域河南西部鸡冠洞2011年12月至2016年5月近5年连续洞穴CO_2、水文地球化学指标、洞内外温度及湿度、大气降水和游客量等数据监测,并结合2016年5月19~20日洞穴CO_2等指标的昼夜的系统监测,分析了鸡冠洞洞穴空气CO_2时空变化特征和昼夜变化特征及其影响因素,结果表明:1在空间尺度上,越靠近洞口通风效应越强,洞穴空气p CO_2越低,越接近大气的p CO_2;洞穴结构及外界环境变化尤其是气候变化导致的土壤中p CO_2变化也会对鸡冠洞空气p CO_2变化产生影响.2在长时间尺度,鸡冠洞洞穴空气p CO_2夏季明显高于冬季,对比分析发现旅游活动和岩溶作用是其主要的影响因子.3在短时间尺度上(昼夜变化),鸡冠洞洞穴空气p CO_2变化主要受旅游活动的影响,建议景区在进行旅游开发的时候要考虑高峰期游客人数对CO_2的影响及岩溶景观的合理保护.

甘肃武都万象洞方解石现代沉积控制因素分析

对洞穴次生碳酸盐沉积机理的认识是解释洞穴石笋气候环境指示意义的关键。近两个水文年的洞穴现代过程监测结果显示,万象洞内温湿度全年基本保持恒定;洞穴滴水的pH值夏季偏低、冬季偏高,呈现出一定的季节变化特征,电导率和HCO_3^-浓度及主要阴阳离子含量年内变化不显著;洞内CO_2分压夏季偏高,冬季降低接近于当地大气的CO_2分压水平。对不同滴水点的对比研究表明,滴水中Ca^(2+)达到一定浓度是方解石沉积的必要条件。此外,万象洞夏季CO_2分压的升高对方解石形成产生明显的抑制作用。万象洞石笋沉积的主要受控于滴水饱和度以及洞穴CO_2分压。