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.     

西南喀斯特地区威远河水化学及δ13CDIC特征分析

流域水化学和稳定同位素是示踪水中主要离子来源和反映流域生物环境地球化学特征的重要手段。为探究岩溶地区流域水化学、稳定同位素特征以及人类活动下的影响,2018年4月对贵州长顺县威远河13个水点进行采样,研究结果表明:威远河流域中阳离子以Ca~(2+)为主,阴离子以HCO_3~-为主,水化学类型为Ca-HCO_3型;威远河形成过程中主要受碳酸溶蚀碳酸盐岩的控制,硫酸和硝酸共同参与碳酸盐岩风化;研究区δ~(13)C_(DIC)的值变化范围为-11.42‰～-13.40‰,平均值为-11.98‰,短时间内δ~(13)C_(DIC)值受人类活动影响小;根据同位素质量平衡模型,计算出威远河δ~(13)C_(DIC)来自土壤CO_2的贡献率为49.7%～58.3%,来自碳酸盐岩溶解的贡献率为41.7%～50.3%。     

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。     

水生植物对岩溶区河水地球化学昼夜变化的影响——以漓江为例

为研究河流非岩溶区断面和岩溶区断面生物地球化学昼夜变化过程、特征及影响因素,探讨水生生物对岩溶区河水碳汇作用的影响,于2016年10月30日-2016年11月1日,在广西桂林漓江干流非岩溶区的峡背和岩溶区的省里设置两个监测点同时开展了为期48小时的高分辨率在线监测和高频率取样工作,研究其水文参数(电导率(EC)、水温(T)、pH以及Ca2+、HCO-3、NO-3等离子和溶解无机碳同位素(δ13CDIC)等水化学参数的昼夜变化规律,并分析其影响因素。发现:（1）峡背和省里两断面水化学类型为HCO3－Ca型,但水文地球化学昼夜变化过程不同:省里断面的物理化学参数昼夜变化显著,T、pH、DO、SIC白天上升夜间下降,Ca2+、HCO-3的质量浓度和EC、p (CO2)白天降低、夜晚上升;而峡背断面理化指标昼夜变幅小,这与峡背断面处于岩溶区与非岩溶区交界处,非岩溶河流汇入、生物量较小等环境特征有关。（2）省里断面营养元素(NO-3、SO42-、Cl-、Na+)昼夜变化过程主要受水生植物同化作用控制,呈现白天降低、夜间升高的变化规律。（3）峡背断面和省里断面TOC 与DOC白天上升、夜间下降,最高日变化幅度可达79%和61%,利用端元混合模型计算得出省里断面和峡背断面内源有机碳占总有机碳的比例分别为91.99%和88.39%,省里断面和峡背断面水生植物光合作用利用HCO-3作为无机碳源的比例为67.42%～99.75%和57.76%～69.78%,平均值分别为79.54%和63.13%。（4）省里断面溶解无机碳(DIC)变化范围为67.1～115.9 mg·L-1,平均值为96.5 mg·L-1,呈现白天下降夜间上升的变化。δ13CDIC变化范围-7.8‰～-9.9‰,平均值为-8.9‰,表现为白天偏重、晚上偏轻的动态变化,两者呈显著的负相关关系(相关系数为-0.79)。研究表明省里断面水生植物光合作用和呼吸作用以及钙沉降是控制DIC昼夜变化的主导因素。通过估算监测期间省里断面光合作用DIC转化速率平均值为1.2×10-5 mmol·L-1·S-1,Ca2+离子的沉积速率平均值为0.18×10-5mmol·L-1·S-1。因此,岩溶区河段水生生物光合作用及其固碳能力较非岩溶区河段明显增强。      

云南白水台雨水线及钙华δ18O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δ18O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δ18O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δ18O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δ18O增加的主要原因.     

水生光合生物对茂兰拉桥泉及其下游水化学和δ~(13)C_(DIC)昼夜变化的影响

碳酸盐风化能否形成稳定持久碳汇很大程度上取决于风化产生的溶解无机碳(DIC)能否被水生光合生物利用及其利用程度,后者可通过地表水水化学和?13CDIC的昼夜变化进行探讨。本研究对冬季茂兰拉桥表层岩溶泉及其中游和下游池水的温度、pH、电导率(EC)和溶解氧(DO)进行了为期30 h(1月27日10:00至1月28日16:00)高分辨率(15 min/次)的昼夜动态监测和?13CDIC定期取样(白天每隔2 h,夜间每隔4 h)测定,以了解水生光合生物对水化学和?13CDIC昼夜动态变化的影响。同时,结合水面静态箱CO2测定获得的岩溶水与空气CO2交换通量,对生物碳泵效应进行了估算。结果表明,在少有沉水植物生长的泉口及其下游水池,水化学和?13CDIC的昼夜变化明显偏小,而在沉水植物(轮藻为主)大量生长的中游水池,水的DO、pH、SIC(方解石饱和指数)和?13CDIC在白天呈逐渐增加趋势,而在夜间逐渐降低,与水生生物的新陈代谢进程(白天以光合作用为主,晚上以呼吸作用占优势)相一致;另一方面,水的EC、3HCO?、Ca2+和p(CO2)(二氧化碳分压)呈现相反的变化趋势,即白天下降,晚上上升。计算得到中游水池因类似海洋"生物碳泵"效应固定下来的有机碳通量达到336 t C/(a·km2),是海洋的51倍,表明陆地水生生态系统应该作为"遗失碳汇"的一个重要方面继续进行研究。     

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].     

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。     

桂西北典型峰丛洼地降雨过程中地表水溶解性碳和δ^13CDIC变化特征

文中研究了中国科学院环江喀斯特农业生态系统观测站内的地表水（地表径流和溪流）中溶解性有机碳（DOC）和溶解性无机碳（DIC）及其同位素组成在两次降雨事件中的连续变化特征。在两次降雨中DOC和DIC输移量分别为107．1和812．5kg,分别约为无降雨条件下相同时间内IX）C和DIC输移量的64和8倍。降雨时洼地溪流下游...     

水生植物对岩溶水化学日变化的影响——以桂林岩溶水文地质试验场为例

以桂林岩溶水文地质试验场为研究点,以研究水生植物对岩溶水化学日变化的影响为目的,着重研究水葫芦和水藻对岩溶水的pH、电导率、溶解氧含量、方解石饱和指数以及CO2 分压日变化的影响。试验结果表明: 在不同水生植物生长的岩溶水中,水化学的日动态变化规律是不同的。在水藻生长的水池出水口处,水的pH、电导、溶解氧含量、饱和指数以及CO2 分压所受的影响主要以水生植物的光合作用为主;而在有水葫芦生长的岩溶水中,水生植物的光合作用影响降低,而温度和根呼吸作用的影响增强。在以桂林岩溶水文地质试验场S31号泉水池出水口堰板处和堰板下游约3m 处为监测点试验时,试验结果表明其水生植物的影响占70%以上,强于温度作用的影响。      

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‰.     

重庆芙蓉洞洞穴水DIC-δ13C的变化特征及影响因素

为了研究芙蓉洞滴水和池水中溶解无机碳碳同位素(DIC-δ13C)的变化特征、影响因素及其气候环境指示意义,于2013年5月-2014年5月对芙蓉洞进行了洞穴监测.结果显示芙蓉洞山体土壤CO2浓度和洞内空气CO2浓度均表现出明显的季节变化特征,夏半年浓度偏高,冬半年浓度偏低,受温度和降水量的共同影响.芙蓉洞5个滴水点的DIC-δ13C平均值为-8.98‰,两个池水点的DIC-δ13C平均值为-6.98‰,池水的DIC-δ13C比滴水的重2‰.对应2013年7月的干旱气候,洞穴水DIC-δ13C在10月相应出现明显偏重值,偏轻的DIC-δ13C值则是对湿润气候的滞后响应.洞穴水的DIC-δ13C变化对地表气候的响应具有明显的滞后期.洞穴水DIC-δ13C主要受土壤CO2的影响,基岩溶解作用、包气带的开放性等因素也会对洞穴水DIC-δ13C造成一定的影响.研究结果表明在短时间尺度上,洞穴水DIC-δ13C变化响应了当地降水量以及地表湿润状况的变化.     

植物营养元素的含量和δ~(13)C值随海拔而变化的特征及营养元素相互作用对碳同位素分馏作用的影响

为了研究植物营养元素的含量和δ~(13)C值随海拔而变化的相关关系,沿着海拔450 m的贵州茂兰至海拔1330 m的贵州安顺一线,采集和分析研究了C_3植物——小果蔷薇(R.cymosa Tratt)的叶片。分析结果表明,植物叶片中营养元素含量随着海拔的上升而产生的变化是:氮、磷和钾的含量会在增高,而钙和镁的含量却会降低。植物叶片的δ~(13)C值会增大,其变幅为 2.4‰/1000m。     

毕节市北部岩溶地下水水化学特征及影响因素的多元统计分析

本文利用层次聚类分析和因子分析两种多元统计方法探讨了贵州省毕节市岩溶地下水水化学组分特征及影响因素。结果表明:研究区地下水组分浓度变化范围较大,具有明显的空间变异性,其受到地理因素、水岩作用过程、土壤等自然因素、人类活动的影响。这四个影响因素能够解释地下水水化学组分82%的特征,其中,水岩作用过程和人类活动是主要影响因素。地下水中HCO3-、SO42-、Ca2+和Mg2+主要来源于碳酸盐岩矿物的溶解,同时也受到人类采煤活动的影响;Cl-、K+、Na+和NO3-则主要受到人类活动,特别是农业化肥、粪肥、农药施用和生活污水排放等因素的影响。本研究有助于深化对西南岩溶地下水水化学特征的理解,有助于有效预测岩溶地下水污染物来源,且对岩溶区水资源的合理开发利用具有积极的指导意义。     

植物营养元素的含量和δ 13 C值随海拔而变化的特征及营养元素相互作用对碳同位素分馏作用的影响

为了研究植物营养元素的含量和δ 13 C值随海拔而变化的相关关系，沿着海拔450 m的贵州茂兰至海拔 1330 m的贵州安顺一线，采集和分析研究了C3植物---小果蔷薇（ R．cymosa Tratt）的叶片。分析结果表明，植物叶片中营养元素含量随着海拔的上升而产生的变化是：氮、磷和钾的含量会在增高，而钙和镁的含量却会降低。植物叶片的δ 13 C值会增大，其变幅为＋2．4‰／ 1000 m。     

不同植被条件下岩溶地下水δ13 CDIC的差异研究——以贵州夜郎洞、天钟洞和普定岩溶水碳通量模拟试验场为例

影响石笋δ 13 C的因素众多, 且其中一些影响机制未知, 从而导致利用石笋δ 13 C准确重建古环境仍存在一定的困难。作为形成石笋母液的洞穴滴水, 其δ 13 CDIC变化必然会导致石笋δ 13 C的变化, 因而只有对影响洞穴滴水δ 13 CDIC的各种因素进行细致的研究才能更好地利用石笋δ 13 C重建古气候环境。对贵州夜郎洞、天钟洞和普定岩溶模拟试验场的研究均表明, 雨季上覆植被生物量的大小以及植被类型(C3和C4)是控制岩溶地下水δ 13 CDIC变化的主要因素。而对于夜郎洞的研究还得出旱季先期CO2脱气作用对岩溶地下水δ 13 CDIC的影响较大,如夜郎洞C3植被下雨季δ 13 CDIC值在-10.94 ‰ ~-12.15 ‰ 之间, 旱季为-3.66 ‰ ~-5.50 ‰, 夜郎洞C3植被下滴水点雨季旱季之间差异最大达到-8.49 ‰, 这些不仅仅是由生物量的变化而引起的, 先期CO2脱气对滴水碳同位素的影响也是不可忽略的。不同于夜郎洞旱季滴水δ 13 CDIC, 先期CO2脱气作用对天钟洞滴水δ 13 CDIC的影响较小, 天钟洞滴水δ 13 CDIC总体上能够反映上覆植被发育状况, 因而先期CO2脱气作用等过程对滴水δ 13 CDIC影响因洞穴而异, 可能反映了洞穴顶部包气带不同水文地质条件的影响。     

酸雨对桂林枯水期岩溶地下水δ13CDIC及碳汇效应的影响

定量评价硫酸对岩溶碳汇效应的影响有助于提高岩石风化碳汇通量估算精度, 对当前全球气候变化研究意义重大.选取受酸雨影响的桂林岩溶区为研究对象, 在枯水期对研究区14个岩溶大泉和15条地下河水化学成分和碳同位素进行了测试分析, 结果表明: 岩溶大泉和地下河中阳离子以Mg2+和Ca2+为主, 阴离子以HCO₃-为主, 分别占阳离子和阴离子组成的90%以上, SO₄2-含量较低, 其含量范围为0.004~0.213mmol/L; 所占阴离子组成比例为0.12%~6.11%;δ13C_DIC、[Ca2++Mg2+]/[HCO₃-]更偏向于碳酸溶解端元, 离硫酸溶解端元距离远, 证实硫酸参与碳酸盐岩的溶解对地下水无机碳(dissolved inorganic carbon, 简称DIC)及δ13C_DIC的影响有限; 与Sr2+/Ca2+值一样, δ13C_DIC主要受径流条件控制, 其大小可以反映地下水径流条件的强弱.利用化学计量关系计算出由硫酸溶蚀碳酸盐岩的平均比例为22.64%, 产生的DIC(HCO₃-_H2SO4)占总DIC的平均比例为13.04%, 碳酸产生的DIC(HCO₃-_H2CO3)占地下水总DIC的比例为86.96%, 其中来源于土壤大气中的HCO₃-比例为43.48%.因此, 扣除硫酸对地下水中DIC的贡献后, 岩溶碳汇效应将减少13.04%.      

氮氧同位素和水化学解析昭通盆地地下水硝酸盐来源及对环境的影响

[研究目的]由于人类活动的影响,地下水硝酸盐(NO3-)污染越来越严重.[研究方法]利用水化学和硝酸盐氮氧同位素(δ15NNO3与δ18ONO3)研究云南昭通盆地地下水NO3-来源与转化过程,用SIAR模型定量计算泉水和民井中不同NO3?来源的比例.[研究结果]结果表明:(1)研究区钻孔水水质良好,但19％的泉水NO3...     

珠江三角洲全新世沉积物C/N和δ13C变化及对甘蔗种植业的指示

有机地球化学指标可以有效地区分沉积物中有机物的来源,进而分析人类活动对三角洲演变的影响。文章对珠江三角洲洪奇沥水道附近2个钻孔（HP和MZ,它们的研究深度分别是18.00 m和45.00 m）全新世沉积物进行了AMS¹⁴C测年和全样有机地球化学分析,同时收集和对比了已有表层及钻孔沉积物的研究成果。结果表明,珠江三角洲平原全新世地层中有机质来源以陆源输入为主,反映了半封闭的古珠江河口湾内径流作用强盛,陆架高盐水难以入侵。晚全新世、尤其是近2000年以来,δ¹³C迅速增大,反映了流域内C₄植物贡献的显著增加,推测是珠江流域自汉代以来甘蔗种植业发展的体现,也证实了珠江流域近2000年以来农业活动对三角洲建造的影响日益加剧。     

纳米比亚上元古界碳酸盐岩和有机碳的同位素成分:地层变化和成岩作用及变质作用的影响

纳米比亚晚元古界达马拉超群包括卡拉哈里克拉通的纳马群、Witvlei群和Gariep群及刚果克拉通的Mulden群和Otavi群。其碳酸盐岩和有机碳的碳同位素地球化学作为先期研究晚元古代海水的同位素成分长期变化的延伸部分已经完成。微亮晶及白云质微亮晶样品通过岩相和阴极发光的鉴定被确定为岩石的“未蚀变”部分,这些相中的碳同位素丰度几乎等于整个碳酸盐岩的碳同位素丰度,这表明,尽管~(18)O丰度往往很不相同,但是晚元古代细粒碳酸盐岩的~(13)C丰度不因大气成岩作用而有重要变化。这些沉积物中碳酸盐岩和有机碳之间存在还原的和一定碳同位素差异,表明有机碳同位素成分由于可能与泛非造山运动伴生的热和变形作用影响发生了重要变化。在纳马和Otavi群碳酸盐岩的碳同位素成分中发现了长期变化的独特的地层型式,与通过其它手段所证实那样,为一个单独的晚元古代盆地。烈如,纳马群碳酸盐岩的δ~(13)C值在小的地层间隔中从-4‰迅速增到 5‰。这一范围可以与西伯利亚、印度及中国的埃迪卡拉期的岩层参考点中所获得的值进行对比。Otavi群碳酸盐岩中~(13)C(δ~(13)C> 5‰)的富集反映了斯瓦尔巴德阿柯德米克布里群上里菲系中的高δ~(13)C值,也可与东格陵兰及加拿大西北的Shaler群对比。具有这种可比较同位素特征的岩层的广泛分布,支持了δ~(13)C变化反映了晚元古代海水同位素成分全球性变化的假说。在达马拉盆地,碳酸盐岩的碳同位素成分为卡拉哈里克拉通和刚果克拉通之间一些地层单元的对比提供了一种手段。 ~(13)C亏损的碳酸盐岩沉积于纳米比亚三个独立的冰期及期后。冰期与负δ~(13)C值幅度的相对应性可能反映了下部海水的影响,即增强深、冷、富O_2的海水的循环和/或~(13)C亏损的深海水的上涌。另外,含铁建造亦与冰碛(Chus冰碛层)层伴生。前冰期碳酸盐岩~(13)C同位素变富表示海洋地貌环境有助于有机物的高速埋藏。鉴于深部海水缺氧,海水成岩性是可能的,漫长的海水分层期可能导致含铁建造的形成(铁或许来自热液源)。从冰期开始,海水上涌可能把~(13)C亏损和富铁的深水带到浅水陆架,与冷且富氧的表层水接触,导致富铁物质沉积。