层状钙华及其地球化学指标的古气候/环境意义

层状钙华作为高分辨率古气候环境重建记录已被国内外许多学者所关注。钙华的微层厚度、氧碳同位素组成和微量元素的含量都呈现出随季节变化的周期性特点。钙华年层的形成与方解石沉积速率或者微生物生长活性的季节变化有关; 氧同位素组成的变化主要受温度和沉积水体的 δ18 O 控制,但蒸发作用(尤其是在干旱区)也有重要影响; 钙华的稳定碳同位素组成主要反映了不同 δ13 C 的碳源对水体溶解无机碳(DIC)的贡献。CO2的逸出和水生植物的光合作用会带走水中的 12 C,从而使 δ13 CDIC值增加。此外,钙华中的Mg,Ba和Sr等微量元素的含量与它们在水中的浓度和水温以及降雨量有关。然而,在钙华的高精度测年以及加积作用和再沉淀对同位素组成的影响等方面还需做进一步的研究。总之,层状钙华因其高沉积速率而在第四纪高分辨率古气候重建中有独特的优势,有可能成为第四纪研究的又一热点。     

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。     

四川黄龙沟景区钙华的起源和形成机理研究

对四川黄龙沟钙华景区的水化学测试发现，形成黄龙沟钙华的泉水具有很高的Ca^2 和HC03^-离子浓度，相应地，泉水的C02分压显著高于大气和土壤生物成因所能产生的C02分压。结合泉水出露的地质条件和泉口C02气体碳稳定同位素组成(δ^13C＝—6．8‰)的分析，进一步发现，高C02分压与深部成因的C02有关。可见，黄龙沟钙华属于热成因类钙华，而非原来普遍认为的“是气候岩溶作用的产物”。此外，黄龙沟钙华的大量出现与水中方解石的迅速沉积、Ca^2 和HC03^-浓度的大量降低有关。随着地下水自泉口出露，由于水的C02分压远高于大气，水中C02大量释放于大气，结果水的pH值迅速升高，方解石饱和指数由泉口的负值很快转变为高的正值，为方解石的沉积奠定了必要的物理化学基础。放置于水中的大理岩石片观测表明，流速较快的边石坝处的方解石沉积速率是其附近水池内的2—5倍，这清楚地显示了水动力条件对沉积速率的控制。进一步根据DBL理论模型分析发现，水动力条件对方解石沉积速率的控制在于其对固液界面间扩散边界层(DBL)厚度的影响，流速愈快，DBL厚度愈薄。且DBL厚度最终制约着沉积表面的化学组成浓度，即厚度愈小，表面H^ 浓度愈低(或pH愈高)、方解石饱和指数愈高，进而方解石沉积愈快。     

世界自然遗产-四川黄龙钙华景观的形成与演化

本文对作者十余年来在四川黄龙(世界遗产地)的钙华研究成果和最新的一些监测发现进行了综述, 目的是为公众更好地了解黄龙、保护黄龙提供科学基础。主要结果和结论是: (1)黄龙钙华的形成是由于地球深部高分压的CO2在碳酸盐岩补给区产生富含碳酸氢钙的地下水, 当其以泉的形式出露地表时, 由于泉水的CO2分压远远高于空气, 泉水中的CO2大量逸出, 结果导致碳酸钙过饱和而发生沉积; (2)黄龙钙华的颜色以黄色为主色调, 主要是在雨季因雨水冲刷土壤向水中混入泥沙的缘故; 而在旱季, 钙华主要形成于清亮干净的泉水, 因此, 钙华的颜色呈现出纯净碳酸钙沉积的本色-白色。这也是黄龙洞钙华剖面年层中出现黄-白相间亚层的原因; (3)高精度的铀-钍同位素测年表明, 黄龙钙华主体是全新世以来形成的; (4)地表水向地下河的漏失是黄龙地表水日益减少, 导致钙华体表面干涸, 从而气生蓝藻大量滋生, 致使某些钙华变黑的主要原因, 因此, 有必要尽早采取防渗补水措施; (5)旅游活动已对黄龙钙华景观产生影响, 包括上游人为践踏使下游钙华池淤塞, 以及磷酸盐污染使硅藻等过度繁殖和钙华沉积速率可能降低等, 因此, 必须尽早采取相应防控措施。     

响水河钙华形成的水化学特征与碳稳定同位素研究

介绍了贵州小七孔景区的地质构造、气候、植被、水文等自然条件,结合野外监测和室内水化学分析结果,阐述了响水河钙华形成的水化学时空变化,发现钙华沉积主要发生于气温较高,日照强烈的白天.并利用碳稳定同位素分析结果,推断该景区内河成钙华主要是起源于生物成因产生的CO2溶解石灰岩而后在河流下游产生方解石沉积的结果.     

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‰.     

四川九寨沟景区钙华起源初探

九寨沟风景区以绝美的景色闻名于世。钙华作为其独特景观的重要构成要素,有着重要的观赏价值和研究价值。为了弄清九寨沟钙华的起源,特别是CO2的来源,对九寨沟主要水体的水化学和碳氢氧同位素以及现代钙华的碳同位素进行了取样分析。结果发现:(1)九寨沟水体来源于大气降水的补给;(2)水体中碳酸氢根离子和钙离子浓度较低,主要来源于土壤CO2对碳酸盐岩的溶解;(3)根据碳的来源分类,九寨沟钙华应为大气成因类钙华(或表生钙华);(4)九寨沟珍珠滩钙华与碳酸氢根间较大的碳同位素分馏表明,此处生长的藻类对钙华的形成可能有重要作用。      

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].     

岩溶地下河系统短时间尺度水化学变化周期识别

20世纪末的十余年以来,岩溶学研究迅猛发展,最突出的是建立了岩溶动力系统基本理论.岩溶动力系统是控制岩溶的形成演化并受制于已有岩溶形态,在岩石圈、水圈、大气圈、生物圈界面上以碳、水、钙循环为主的物质、能量传输、转换系统(图1).该系统由固、液、气相三部分组成,固相部分为各种以碳酸盐岩为主的岩石及其中的裂隙网络;液相部分为含有以Ca2 (Mg2 ),HCO-3,CO23,H 和溶解CO2为主要成分的水流;气相部分则以CO2为主的各种参与岩溶作用的气体.     

桂林岩溶试验场钻孔水化学暴雨动态和垂向变化解译

用多参数自动记录仪对桂林岩溶试验场的CF1钻孔(代表裂隙含水介质)和CF5钻孔(代表管道含水介质)水化学进行了暴雨动态和垂向变化的监测,通过数据的分析及对比,发现: 暴雨时至少有两个重要的作用在控制着水化学的动态变化,一是雨水的稀释作用,另一个是碳酸盐岩— 水— CO2 气相互作用。然而,这两个作用在管道含水介质和裂隙含水介质中的表现是不同的: 对于裂隙含水介质,碳酸盐岩— 水— CO2 气相互作用占主导,而对于管道含水介质,雨水的稀释作用则成为主控因素。因此,鉴于岩溶水化学是在碳酸盐岩- 水- CO2 气三相相互作用的开放系统中形成的,所以水化学的研究不能仅考虑水- 岩相互作用,而必须重视CO2 时空变化对水化学的控制,只有从三相系统全面考虑,才能正确把握岩溶水化学的时空演变规律。此外,试验场相距不到5m的CF1和CF5钻孔水化学时空变化的显著差异,进一步证明了岩溶含水介质的非均质性特征。