云南白水台雨水线及钙华δ^18O的季节和空间变化特征

通过对云南白水台地区大气降水的δ^18O和δD分析,建立了该地区大气降水线,并通过对过量氘的季节性变化特征分析,发现白水台地区冬、夏季风期间降雨云团有不同的源区。对现代钙华δ^180的季节变化分析,发现钙华的氧同位素值与降雨量有着较好的线性负相关关系,这一发现为下一步利用古钙华的占δ^18O数据重建古降水量提供了基础。研究还发现,水中富含轻氧稳定同位素^16O的H2O向大气蒸发以及富含轻氧稳定同位素^16O的CO2向大气逸出,是下游方向钙华δ^18O增加的主要原因。     

云南白水台钙华沉积成因及主要沉积类型研究

白水台钙华景区是我国最大的冷泉型淡水泉华台地之一,其形成是由于大气降水通过玉席谷向斜构造及北西侧的断层构造向下渗透并接受来自深部地层的CO2补给,尔后岩溶地下水径流至白地盆边缘受到三叠系碎屑岩的阻挡呈带状出露于地表,CO2自水中逸出造成pH升高,CaCO3过饱和而发生沉淀,形成形态极其优美的钙华景观。但目前由于泉水流量的减少以及人为的干扰,白水台钙华景观正处在退化之中,须采取科学、合理的措施对其加以保护。      

云南白水台钙华景区的水化学动态变化研究

本文采用水化学仪器自动记录、现场测定和取样室内分析等相结合的方法,对云南白水台钙华景区水的物理化学动态变化特征进行了综合研究,结果发现: 随着CaCO3 的沉积,水中的主要离子Ca2+ 和HCO-3 浓度、电导逐渐降低; p H值升高。我们对1号泉进行昼夜观测发现: 5月1号泉的水温呈周期性变化,周期约为28小时,而在9月水温保持恒定。对下游( 12号观测点)的动态观测发现水的p H值与水温呈反相关关系,在对中游( 6号观测点)的早、中、晚观测得到了同样的结果。最终我们得出结论: 1号泉水温变化可能受补给水源水温动态变化、降雨和地热影响;中下游pH值和电导率的变化与碳酸钙的沉积速率、碳酸平衡和藻类作用有关。      

云南白水台钙华景区的水化学和碳氧同位素特征及其在古环境重建研究中的意义

采用水化学仪器自动记录、现场滴定和样品碳氧稳定同位素测试相结合等方法,对云南中甸白水台钙华景区的水化学和碳氧稳定同位素特征进行了综合分析。主要结论是:形成白水台钙华的泉水具有很高的钙和重碳酸根离子浓度,相应地,泉水的CO2分压显著高于土壤生物成因所能产生的CO2分压。结合泉水出露的地质条件及其碳稳定同位素特征(δ13C=-1.23‰)的分析,进一步发现,高CO2分压主要与深部地热成因的CO2有关,而非原来普遍认为的“是温暖湿润气候的产物”。可见,白水台钙华属于热成因类钙华。由此,根据白水台不同时代钙华氧稳定同位素组成的差异,对钙华形成时的水温进行了计算。结果发现自白水台钙华形成以来,水温变化高达11℃,即从最老(2)的干扰及由深源CO2和CO2自水中逸出导致的钙华13C富集,后者在利用类似热成因碳酸盐沉积的δ13C进行古植被重建时也是必须考虑的问题。     

青藏高原东北地区现代降水中δD与δ^18O的关系研究

根据对取自青藏高原东北地区部分降水样中氢氧稳定同位素比率的分析，得到沱沱河站的大气水线（ＭＷＬ）为：δＤ＝８．２５δ＾１８Ｏ＋９．２２‰，与全球平均ＭＷＬ的差别较小；德令哈、西宁站的ＭＷＬ分别为：δＤ＝５．８６δ＾１８Ｏ－２７．２８‰和δＤ＝６．９６δ＾１８Ｏ－３０．１９‰，均与全球平均ＭＷＬ差别较大。这主要归因于水汽源地的非平衡蒸发和凝结物在非饱和大气中降落时的非平衡蒸发。上述地区的过量氘Ｅｘｄ     

云南白水台现代钙华δ13C和δ18O的季节变化特征研究

随着全球变化研究的深入,多种古气候变化信息地质载体的研究得到了越来越多的重视,其中利用钙华获取古气候和古环境信息的研究也受到了广泛关注.钙华是一种产于地表的从泉水或河流中析出的碳酸钙沉积物,按成因通常将其分为大气成因类(meteogene)和热成因类(thermogene)[1].     

碳酸钙沉积溪流中地球化学指标的空间分布和日变化特征:以云南白水台为例

目前,国内外利用碳酸钙沉积物进行古环境和古气候重建的研究,空间上主要涉及到地球化学指标的区域分布差异,时间上则将分辨率提高到了年,甚至季节尺度,但对于地球化学指标在同一区域的空间分布和日变化特征则注意不多.采用仪器自动记录、现场滴定和样品室内测试相结合的方法,对正在发生碳酸钙(钙华)沉积的云南白水台溪流和引渠中的地球化学指标的空间和日变化特征进行了研究.结果发现,在碳酸钙大量快速沉积前(方解石饱和指数 SIc小于 1.0),向下游方向,水的 CO2分压降低, pH值和 SIc升高.但当 SIc大于 1.0后,碳酸钙沉积开始 快速产生,此后向下游方向,水的 CO2分压趋于稳定,甚至略有升高;同时,水的 pH值和 SIc也不再升高,而呈现下降现象.与此有关,在溪流下游观测点,由于白天碳酸钙的快速沉积,水的 pH值和 SIc是下降的,而其 CO2分压则升高.这一现象很可能是白天碳酸钙大量快速沉积时产生的 CO2在水中聚集,来不及向大气释放的结果;此外,流速对碳酸钙沉积具有显著的控制作用,表现在流速快的地形陡坎部位, Ca2 和降低更快,因而沉积速率也更大.研究还发现,富含轻碳稳定同位素 12C的 CO2向大气的释放是向下游方向钙华碳稳定同位素组成(δ 13C) 和中午水中溶解无机碳δ 13C增加的主要原因,增加幅度分别可达 1‰ /100 m和 0.6‰～1.3‰(昼夜差);同时,碳酸钙沉积时,水中溶解无机碳与钙华存在碳稳定同位素的动力分馏效应,与沉积速率有关,分馏值为 0‰～3.22‰.     

川西南雷波地区降水的D和^18O同位素研究

通过对川西南雷波地区不同高程降水站历时一年４８个降水的Ｄ和＾１８Ｏ同位素资料的回归分析,得到本区大气降水方程,尝试把全年降水期段分为雨季和非雨季,并按降水量加权平均的方法求取和川西南地区降水量效应方程和高程效应方程及δ值高度梯度,使所得结果更加逼近实际,相关系数达０．９４７。     

一种获取地区大气降水线方程(LMWL)的简单方法——以北京平原为例

地区大气降水线(LMWL)是进行区域水循环研究的基准。受监测站点数量的限制,大多数地区无法获得,只能参考最近监测站点的降水线或全球大气降水线(GMWL),或者需要较长时间的监测后才能获得。传统的获取方法存在较多的限制。本研究以北京平原区为例,提出了一种获取地区大气降水线(LMWL)的新方法:通过对不同深度的第四系地下水进行取样测试获取同位素数据,然后拟合获得。通过与传统方法所得的本区大气降水线对比,表明本次所得方程的相关系数更大,标准误差小,样本量大,拟合效果更好。同时可以节约大量的监测时间与人力物力,且可获得长时间序列的历史数据,较为简单实用。该方法也存在一定的局限,要求取样时尽量选取颗粒细小的冲积平原地带。     

云南白水台钙华水池中水化学日变化及其生物控制的发现

为弄清云南白水台泉及其下游钙华水池中水化学的日变化,选取1号泉及其流经的两个钙华水池(6号和10号)作为研究对象并对其水温、pH值和电导率进行了自动监测.根据Ca2+、HCO3-与电导率存在的线性关系,用WATSPAC软件计算了水中方解石的饱和指数和Pco2.监测发现:泉水不存在显著的水化学日动态变化,而两个钙华水池表现出显著的日动态变化.其中10号钙华水池在白天温度较高时水中的CO2大量逸出并通过水下水生植物的光合作用加速了水中碳酸钙的沉积.6号钙华水池水生植物生长茂盛,其叶片和部分枝干露出水面,因而光合作用主要发生在空中,所以此处水化学表现为白天pH值降低和电导率升高的反常现象,即由温度主导的根呼吸作用,在白天释放更多的CO2进入水体而使沉积下来的碳酸钙重新溶解.     

喜马拉雅山南地区地热水和钙华地球化学特征与成因机制

喜马拉雅山南地区拥有丰富的地热资源。开展地热水和钙华成因机制的研究,有助于了解地热资源特征和古气候变迁信息,对丰富山南地热资源的系统性研究和青藏高原气候环境变化研究均具有重要理论意义。本文以喜马拉雅东段山南地区的邛多江、古堆和曲卓木的三个温泉为研究对象,通过采集温泉地热水和钙华数据,综合分析了地热水水-岩作用特征、热储温度估算、补给来源追溯和温泉钙华的成因类型、形成年代、古气候意义等。结果表明：邛多江温泉的水化学类型为HCO₃·Cl-Na·Ca型;古堆日若沸泉的水化学类型为HCO₃·SO₄-Ca·Na型;古堆茶卡沸泉的水化学类型为Cl-Na型;曲卓木热泉的水化学类型为Cl·SO₄-Na·Ca型。温泉地热水中的阴阳离子来源主要是硅酸盐岩的溶解以及部分碳酸盐岩和盐岩的溶解。由于温泉地热水均未达到水-岩平衡状态,利用石英地热温标得出浅部热储温度为129～148℃,利用硅-焓图解得出深部热储温度和冷水混合比例为181～221℃和58%～65%;氢氧同位素显示地热水补给高程为4467～5303 m。在山南地区,地热水受到高海拔大气降水和冰雪融水的补给,通过主要断裂构造运移到深部加热并在高温高压下沿着裂隙、节理上升,然后与浅层冷水混合,最后沿浅部地表松散破碎带出露形成温泉。温泉钙华CaO占比43.43%～56.66%,且显示出轻稀土元素富集的特点;δ¹³C指示温泉钙华为热成因,钙华中的碳主要来自于深部碳酸盐岩的变质成因,仅古堆日若沸泉有部分地幔碳;¹⁴C测年显示钙华的年龄为21280±70～43500年,Mg/Ca、Mg/Sr比值指示降雨量在43.50 ka年由峰值迅速减弱,并在42 ka～21.28 ka年期间降雨量又逐渐增强。     

利用荣玛地区温泉钙华δ~(18)O及微量元素重建西藏全新世以来古气候

西藏荣玛温泉钙华发育,是研究古气候的天然地质载体。本研究在U系法定年的基础上,参照古里雅冰心δ18 O的气候记录,对钙华微量元素、稀土元素、氧同位素与古气候关系进行系统分析,进而挖掘荣玛钙华的古气候信息,总结出该区古气候变化规律:钙华母岩为灰岩,钙华锥以"半球面式生长模式"沉淀;钙华δ18 O与温度、降雨量具有较好的正相关性,表明钙华δ18 O受温度和降雨量影响;钙华Sr/Ca、Sr/Ba与降雨量具有较好负相关性,说明钙华Sr/Ca、Sr/Ba在一定程度上受降雨量影响;根据钙华δ18 O、Sr/Ca和Sr/Ba与气候的关系推测荣玛地区古气候变化规律为:35.87ka时期,为高温多雨气候;35.87~12.38ka时期,气温降低、降雨减少,为干冷气候;12.38~6.67ka时期,气温回升降雨量增大,气候由干冷变为湿暖;6.67~5.29ka时期,气温、降雨量波动降低,气候由湿暖变为干冷;5.29~0ka时期,气温、降雨量升高,由干冷变为湿暖气候。     

天山乌鲁木齐河流域山区降水δ18O和δD 特征及水汽来源分析

依据乌鲁木齐河流域山区3个站点实测次降水δ18O和δD数据以及气象观测资料,结合临近GNIP(Global Network of Isotopes in Precipitation)站点数据,对其降水δ18O和δD特征及水汽来源进行了分析。结果表明,大气降水中δ18O值波动范围大,但呈现明显的季节性变化:冬季降水δ18O较低,夏季降水δ18O较高。受流域山区气候和地理条件影响,从上游到下游各站点大气降水线截距和斜率均呈现逐渐减小趋势。大气降水中δ18O和δD与日均气温存在密切正相关关系,且温度与δ18O之间的相关性优于δD。降水中d-excess值也表现出季节性变化,冬季降水d-excess值高于夏季降水。利用HYSPLIT 4.0气团轨迹模型,得出夏季水汽主要来源西风环流输送,冬季受西风环流和极地气团共同影响。     

四川黄龙大湾-张家沟钙华沉积剖面的古气候记录研究

本文通过对黄龙景区大湾张家沟钙华剖面的系统研究,确认大湾张家沟14.0～85.0 ka B.P.钙华剖面的沉积层序,该剖面不是自下而上由老到新的正常层序,而可能是多期次(最少两期)沉积形成的.通过钙华氧碳同位素分析重建了钙华沉积过程中环境的变化:在钙华剖面形成的早期,夏季风强盛,气温较高,夏半年降水较多;在钙华形成的中晚期,气候干冷且变化较大.最后,依据钙华的沉积特征和年代学数据,初步探讨了该区钙华的沉积模式.     

黑河上游河水中δ18O季节变化特征及其影响因素研究

根据2006年5月至2007年5月间在黑河上游莺落峡、祁连和扎麻什3个水文站等地点所采集的河水与降水样品,重点分析了其中的δ18O变化,揭示出黑河干流上游山区河水中δ18O具有夏季高冬季低的季节变化特征,这种变化特征主要受控于降水中δ18O的变化.祁连水文站河水中δ18O月平均值与月平均流量乘积和该站降水中δ18O加权月平均值与月降水量乘积之间存在着高度相关性,从同位素示踪的角度说明降水是黑河干流上游山区径流的主要补给来源.进一步的研究表明,黑河上游祁连山区降水中δ18O变化存在明显的"海拔效应",并且3个水文站点河水中δ18O值均低于其降水中δ18O值,这表明上游径流主要形成于高海拔山区.根据黑河出山口莺落峡水文站河水中δ18O值以及上游山区降水中δ18O的"海拔效应",估计黑河干流出山径流主要形成于海拔3 350～4 600 m之间的高山地区,该高度区域对应的植被带主要为亚高山灌丛草甸和高山寒漠草甸.     

重庆芙蓉洞洞穴沉积物δ13C、δ18O特征及意义

利用重庆芙蓉洞内各种新老沉积物的δ13C、δ18O以及对洞穴内的滴水、池水和洞外泉水的长期观测结果,发现芙蓉洞内的次生沉积物中氧同位素变化整体一致,处于稳定温度下(16℃)的平衡分馏状态。而且洞内滴水和池水的氧同位素也相当一致,反映了外界大气降水中氧同位素的年平均状态。芙蓉洞内各种沉积物中碳同位素变化范围很大,从0‰~-11‰均有分布。由于芙蓉洞内各种滴水以及池水中溶解无机碳(DIC)的δ13C变化约在-8‰~-11‰,显著偏轻于部分洞穴沉积物中的δ13C。通过研究从洞穴滴水到形成次生化学沉积物这个过程中的可能影响洞穴沉积物中碳同位素变化的因素,例如：洞穴温度、滴水高度和速率、CO2脱气、生物作用、矿物同质异相转换等,同时参考芙蓉洞内连续生长达37 ka的FR5石笋的碳同位素记录,发现以上可能的影响因素都不能完全解释芙蓉洞内次生沉积物中碳同位素的异常偏重现象。虽然芙蓉洞内广泛存在文石与方解石共存的次生沉积物,但是综合分析表明这些沉积物的氧同位素处于平衡分馏状态,可以用来进行古气候研究。不过在利用石笋碳同位素解释古环境变化时需要慎重,特别是在讨论由文石或文石—方解石混合构成的次生沉积物时。     

云南白水台现代内生钙华微层的特征及其古气候重建意义

在云南白水台采集一现代内生钙华样品,该样品形成于1998年5月至2001年11月。切片观察,钙华中可见薄的褐色疏松微层和厚的白色致密微层,且交替出现。结合钙华样品的高分辨率碳氧稳定同位素测试,发现薄的褐色疏松微层(1.5~2.2mm)在每年的雨季(4~9月)形成,而厚的白色致密微层(5~8mm)在旱季(10~3月)形成。通过与气象记录的对比,建立起了这些钙华亚年层厚度和稳定同位素特征与气候变化的关系。结果发现:薄的微层及其低δ13C和δ18O值形成于温暖湿润的雨季。在雨季,雨水的稀释作用导致了内生钙华沉积的减慢和低的13C含量,而钙华的低18O值则主要与亚热带季风地区的雨量效应有关。因此,钙华微层厚度,以及δ13C和δ18O的显著降低反映了高的降雨条件,反之,则反映干旱的气候条件。本研究说明钙华可以提供有价值的年际甚至季节尺度的气候变化信息。     

黄龙钙华210Pb计年与现代沉积的环境变化研究

本文以黄龙钙华岩芯为主要研究对象,利用210Pb定年技术在测定年轻碳酸盐样品短时间尺度上的优势建立了研究区近100年来高精度的年代标尺及环境记录;通过碳氧稳定同位素的分析,讨论了钙华稳定同位素记录与器测气候数据的相关性特征,并与其他定年技术所获得的结果进行了相互验证.研究区钙华δ18O在1908~2004年时段内的变化范围为-12.13‰~10.42‰,平均值为-11.23‰,变化幅度达到了1.7‰.同属西南季风区、由于海拔效应和距离水汽来源远近不同等因素的影响,在同时段内黄龙钙华δ18O.的变化范围和变化幅度都比董歌洞和Kahf Defore洞的δ18O记录要大,说明处于中纬度、高海拔的黄龙钙华相对于低海拔的董歌洞和Kahf Defore洞石笋对气候环境的响应可能更加敏感.     

黄河水δ18O、δD和3H的沿程变化特征及其影响因素研究

根据2000年8～9月雨季和2001年3～4月旱季在黄河18条断面上河水的同位素测试结果，分析了黄河水占δ^18O、δD和^3H浓度的沿程变化特征。研究结果发现，从黄河源头至入海口，黄河水具有稳定同位素比率逐渐增大而^3H浓度逐渐下降的趋势；外来水体的混合作用、蒸发作用以及人类活动对黄河水的同位素具有明显的影响。黄河源头地区和中游地区是黄河两个主要的产流区，河水同位素的变化是不同径流来源对河水补给的良好标志。兰州以上黄河源头地区河水的δ^18O、δD的季节性变化与雨水相反，地下水对河水的补给贡献旱季大于雨季。晋陕峡谷北段雨季δ^18O相对较低的岩溶水和当地雨水对河川径流有明显的补给，而旱季^3H浓度相对较低的岩溶水对河川径流有一定的补给；吴堡—潼关段雨季和旱季均有同位素比率相对较高的地表支流(如汾河、渭河)的加入。河水水面蒸发作用对兰州—包头段和黄河下游段旱季河水的δ^18O具有明显的影响，而对这些河段雨季河水的同位素影响较小，灌溉回归水的蒸发可能是影响这些地段河水同位素组成的主要因素。     

云南白水台钙华池出入口水化学和δ13CDIC昼夜变化的影响因素及水生光合作用影响比例的计算

钙华是岩溶区常见的次生化学沉积物,也是陆地气候环境信息的高分辨率载体之一.它的形成常常与水生植物有关,后者的新陈代谢过程可能会改变水中溶解无机碳(DIC)的同位素组成,进而影响钙华的碳同位素值.然而在古环境重建中,永生植物引起微环境变化所造成的影响常常被研究者忽视.本研究选取了白水台两个具有丰富沉水植物的钙华水池,对水池入口、出口的水化学和DIC的碳同位素组成(δ13 CDIC)进行了高分辨率的昼夜观测和取样分析.结果显示,在低浓度DIC水体(S1-3)补给水池时,水池出口与入口之间的δ13 CDIC的变化很小,主要反映的是出口δ13CDIC继承入口δ13 CDIC,反映了滞后效应对水体δ13CDIC的控制;而在高浓度DIC水体(S1-1)补给水池时,水池出口与入口之间的δ13CDIC的变化主要受脱气作用控制.通过对水生光合作用影响比例的计算发现,由于库效应的存在,水生植物的光合作用对δ13CDIC的影响很小.