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。

贵州纳朵洞滴水氢氧同位素变化特征及气候意义

通过对贵州关岭纳朵洞洞内滴水和池水及洞顶上方土壤渗透水、表层岩溶泉点和大气降水的水文水化学特征及氢氧同位素2个水文年的动态观测,结合当地气象数据,分析了纳朵洞洞穴滴水δ^(18)O和δD变化特征及其对地表气候变化的响应。结果表明:1纳朵洞4处滴水点的δ^(18)O和δD均分布在靠近当地大气降水线的右下方,说明滴水的δ^(18)O和δD体现了当地大气降水δ^(18)O和δD的平均水平;2纳朵洞大气降水和土壤渗透水中δ^(18)O和δD存在明显的季节变化,冬春偏重,夏秋偏轻;3纳朵洞滴水、池水和表层岩溶泉的δ^(18)O和δD季节变化不明显,但变化趋势趋于一致,记录了年际降水量的变化,反映了研究区的旱涝情况。研究结果可为利用洞穴石笋研究古气候特征提供依据。

花江纳朵洞滴水Ca^(2+)与Mg^(2+)、Sr^(2+)的时空变化

对贵州关岭县花江纳朵洞内4个滴水点(D4、D5、D7、D8)和1个池水点(DC),及洞顶上方的泉点(NDS)和降水(NDR)的水文水化学特征进行1个水文年的观测,其结果表明:(1)纳朵洞内4个滴水点Ca2+在2012年12月至2013年11月这段时期内,变化的趋势基本一致,在6月开始迅速上升,9月达到高峰,然后缓慢下降,其特点是夏秋高冬春低。(2)4个滴水点Sr/Ca主要与降水有关,表现出雨季低,旱季高的特点。

贵州纳朵洞洞穴滴水理化特征及其石漠化响应

2016年1~12月期间,选取气候条件一致、石漠化等级不同的纳朵洞主洞(地表潜在石漠化)及其附近小洞(地表中度石漠化)进行了1 a的监测,对比分析了不同强度石漠化条件下的洞穴滴水的理化指标(pH值、电导率EC、Ca^2+与Mg^2+等)及其洞穴环境特征(温度、CO2浓度)。研究结果表明:①纳朵洞主洞及其附近小洞洞穴滴水的pH均值分别为7.8,8.2,夏季主洞CO2浓度是小洞的4~5倍,说明石漠化程度高的洞穴滴水pH值高于石漠化程度低的洞穴滴水,而洞穴的CO2浓度则相反。②纳朵洞主洞洞内年平均气温16.6℃,而小洞观测点年平均气温为13.0℃,主洞(石漠化程度低)比小洞(石漠化程度高)更好地响应地表多年年均气温(16.2℃),石漠化程度高的洞穴气温和滴水的电导率较石漠化程度低的变幅大。③纳朵洞主洞及其附近小洞洞穴滴水的Ca^2+质量浓度平均值变化范围分别为38~75 mg/L和30~53 mg/L,说明石漠化程度低的洞穴滴水的Ca^2+离子浓度相对偏高。

贵州纳朵洞洞穴滴水、现代沉积物δ^(18)O特征及其环境意义

为了研究洞穴滴水及其对应的现代沉积物氧同位素的变化特征和对外界气候环境的指示意义,文章对贵州纳朵洞洞外大气降水、洞穴池水、6处滴水点及其对应的现代沉积物氧同位素进行了近2年的监测。结果显示纳朵洞外大气降水和洞穴池水δ^(18)O值均呈现旱季偏重,雨季偏轻的季节特征,基本能反映洞穴所在区域的气候变化。而滴水沉积物δ^(18)O值和滴水δ^(18)O值自身存在协调同步的季节特征,但二者δ^(18)O值与大气降水δ^(18)O值却呈现反向的季节变化,这可能是区域地形、岩溶表层带的调节和大气环流共同作用的结果。

关岭纳朵洞洞穴水Mg/Ca的气候环境的意义

通过2013年1月-2014年12月在2个水文年对关岭纳朵洞洞穴滴水进行监测,发现纳朵洞洞穴滴水中:Mg/Ca在春末夏初降雨增多前,Mg/Ca变化幅度较小,之后出现明显的下降趋势,随即又上升,随着降雨减少,Mg/Ca波动着上升。从滴水中Mg/Ca的数据来看,主要反映了外界的大气降水,与降水呈相反关系。Mg/Ca值升高,表示当地大气降雨减少;反之,则表示大气降雨增多。

关岭纳朵洞滴水的电导和pH值对气候的响应

通过2014年对纳朵洞滴水的电导、pH值1年的观测,分析洞穴滴水的电导和pH值对大气温度和降水的响应,得出结论如下：纳朵洞滴水pH值冬季高于夏季,PH值变化的范围在7.8~8.7之间,平均值为8.31,其值偏碱性,而降水pH均值为7.08,接近中性;b）纳朵洞滴水的电导夏季偏高,冬季偏低,与夏季高温多雨相关。

贵州纳朵洞洞穴滴水微量元素时空变化及其环境意义

在2015年1月-2015年12月期间,本研究团队对贵州纳朵洞3处滴水点和1处池水点进行了为期一个水文年的监测和实验分析,并结合当地的气象资料,分析了各个滴水点的时空变化特征,初步探讨了洞穴滴水对外界气温和降水的响应机制。(1)洞穴滴水类型的不同导致对外界大气降水的响应机制存在差异,D4和D8为常年性滴水,响应较慢,D7为季节性滴水,响应较快。p H和电导率变化趋势大致相似,总体表现出夏季低、冬季高的特点,3处滴水点水中的CO2浓度变化趋势表现出一致性,呈现出夏季浓度高,冬季浓度低的特点,且存在一定的滞后性,滞后期大约为2个月,这与洞穴外界大气温度与降水的季节变化有关。(2)D4、D8、D7滴水点的土壤和岩层厚度逐渐递减,导致水-土-岩反应时间也随着减少,3处滴水点Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+的浓度变化也表现出逐级递减的特点,DC池水点由于夏季洞内CO2浓度较高,致使水中p H偏低,继续溶解下部基岩,进而致使水中Ca2+的浓度偏高。(3)滴水点中Ca2+、Mg2、Ba2+、Sr2+的浓度变化特征总体上表现随着降水的增加,浓度逐渐上升,雨季高于旱季的特点。在5月~10月份雨季期间,随着降水量的增加,各个滴水点Mg/Ca比值处于下降阶段,而在11月至次年4月旱季期间,随着降水量的减少,Mg/Ca比值处于增加阶段。

贵州纳朵洞滴水δ^(18)O/δD的年际变化特征及其对ENSO的响应

于2013年1月至2016年12月期间,对贵州纳朵洞洞内4处滴水和洞外降水的氢、氧稳定同位素(δ^(18)O、δD)进行了4年的监测,发现滴水δ^(18)O和δD都均匀地分布在当地大气降水线(LMWL)附近,说明大气降水是洞穴滴水的主要来源,且滴水δ^(18)O和δD继承了当地大气降水δ^(18)O和δD的信号.结合大气环流格局的分析,研究区大气降水δ^(18)O和δD在监测时段内较好地响应了从El Ni1o向La Ni1a的转换.由于岩溶地下水的混合作用和包气带水的蒸发分馏,纳朵洞4处洞穴滴水δ^(18)O和δD在雨季偏正,旱季偏负,与大气降水δ^(18)O和δD旱季偏正,雨季偏负的特征相反;同时,滴水δ^(18)O和δD在监测时段内对ENSO的响应,总体表现为在La Ni1a期间偏正,El Ni1o期间偏负,与大气降水δ^(18)O和δD对La Ni1a和El Ni1o的响应情况也相反.因此,利用纳朵洞石笋δ^(18)O记录研究古气候高分辨率的季节和年际变化,要充分考虑以上情况.

贵州纳朵洞滴水阴离子变化特征及环境响应

通过2017年1月到2017年12月对贵州纳朵洞进行一个水文年动态监测,对纳朵洞洞穴滴水中的物理性指标和化学性指标的变化特征进行分析。分析得出:纳朵洞洞穴滴水的pH值、水温与洞穴温度、湿度等物理性指标均表现出明显的季节性变化,F-、Cl-、SO42-、NO3-和HCO3-等化学性指标的变化可以响应洞外气温与降雨的变化。在气温较高、降雨量较多的季节洞穴滴水的Cl–、SO42-值较低,在气温较高、降雨量较多的季节洞穴滴水的F-、NO3-、HCO3–值较高。说明了贵州纳朵洞洞穴滴水地球化学指标对外界环境变化有一定的响应,能反应外界的气温、降雨变化。

贵州关岭纳朵洞滴水物理化学特征变化分析

根据2013-2014年对贵州关岭纳朵洞洞内4个滴水点(D4、D6、D7、D10)进行2两年的动态监测,分析物理化学特征的季节变化对地表气候的响应情况,得出以下结论:(1)洞穴滴水的水温,主要受当地气温的影响,运移路径不同与滴水点通风情况是导致各滴水点水温存在差异的原因;(2)洞穴滴水pH值显示都为碱性,冬季pH值高于夏季,由于2013年干旱而2014年夏季暴雨,导致2014年pH值整体高于2013年,反映了当地降雨的年际变化;(3)纳朵洞滴水的EC和Ca^(2+)在2013-2014年既有同样的变化趋势,又有所区别,EC是雨季高,旱季低,而Ca^(2+)浓度表现出冬春下降,夏秋升高的特点。

贵州纳朵洞滴水离子浓度变化特征及其气候意义

随着石笋古气候记录研究的不断深入,微量元素作为一种重要的气候代用指标,引起了重视。通过对贵州关岭县纳朵洞2013年1月至2015年12月期间,洞内4处滴水点(D4、D7、D9、D11)和1处池水点(DC)的离子浓度进行3个水文年的动态观测,并结合当地气象数据,分析纳朵洞滴水/池水Ca^(2+)、Mg^(2+)、Sr^(2+)浓度的变化特征及其环境意义。结果表明:纳朵洞4处滴水点(D4、D7、D9、D11)和1处池水点DC的Ca^(2+)、Mg^(2+)、Sr^(2+)浓度变化特征为冬春变化平缓,夏秋变化幅度大,对降水量响应敏感,强降雨导致Ca^(2+)和Mg^(2+)很大波动,Sr^(2+)浓度异常降低。因此,在应用微量元素作为石笋古气候记录的代用指标时,尚需多指标验证。

贵州纳朵洞洞穴水水文地球化学变化特征及其环境意义

对贵州关岭纳朵洞2012年12月至2014年12月期间,三处滴水(S1、S2、S3)和一处池水(SC)的地球化学指标进行动态监测.结合当地气象资料,分析了观测期间纳朵洞洞穴水水文地球化学季节变化及其对外界气候变化的响应.结果表明,纳朵洞洞穴水的水化学类型主要为HCO_3^--Ca^(2+)型,除每年降水量最大的月份外,滴水和池水长期处于沉积状态;纳朵洞3个滴水点的离子浓度由于岩溶水在洞顶的运移路径和时间不同存在一定差异,池水因受到洞穴混合水和洞穴空气较高CO2浓度的影响,其离子浓度高于滴水且变化幅度偏大;纳朵洞洞穴水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;离子浓度对极端气候事件引起的年际间降水变化的响应比较敏感:2013年雨季的Ca~(^(2+))、Mg^(2+)、SO_4^(2-)浓度高且平稳,而2014年雨季其浓度偏低且波动大,不同观测点的响应程度和时间并不一致.