桂林地区4万年来石笋高分辨率古生态变化记录

在洞穴次生化学沉积物的形成过程中,碳同位素的演化较氧同位素更复杂,一是来源的复杂,二是分馏机制复杂。但在一定条件下,即假设岩溶动力系统是开放的,CO²供应充分,岩溶水与母岩的作用时间不长,且洞穴碳酸钙是在同位素平衡分馏条件下形成的,那么,其δ１１Ｃ值可以作为地表生态环境指标,即δ_１３Ｃ值越负,地表植被中Ｃ３植物的比例就越大,代表降水颇丰的气候条件;相反则可能代表地表植被中以Ｃ４植物为主,或为植被破坏的“石漠化”环境(由于气候的原因或人为原因所致)。通过盘龙洞１号和响水岩１号石笋的氧碳同位素记录的研究表明,石笋中的碳同位素记录与氧同位素记录有很好的一致性,当夏季风盛行、降水量较大时,石笋的δ_１３     

洞穴滴(流)水的双重(滴－侵蚀、沉积)作用——以桂林盘龙洞为例

洞穴滴水主要来源于大气降水的入渗,是岩溶洞穴内的低能量的渗流水,它受控于水- 土- 岩的相互作用。本文通过对桂林盘龙洞滴水一个水文年的动态监测表明,洞穴滴水对大气降水的响应较快,其所记录的滴水特性直接反映大气降水的物理、化学特征,并系统地记录了滴水溶- 侵蚀和沉积过程,以及与生态环境和石漠化的演化历史。常年性滴水的动态监测,揭示在夏半年( 5- 10月)是新碳酸盐的主要沉积时段,表现出新碳酸盐的沉积具有与雨热同季的特点。暴雨或季节性滴水基本保持了雨水的物理化学特性,滴水量大,滴速快,因而具有较强的溶- 侵蚀作用,导致盘龙洞石笋Pa、Pb、Pc 形成后被溶- 侵蚀的体积分别达339872 cm3、13 680 cm3 和33 792 cm3; 在冬半年,常年性滴水由于滴速和滴量较小,其溶- 侵蚀性较弱;而在夏半年,由于滴水的饱和度高,沉积量大,往往将在冬半年形成细微的滴溶蚀凹坑或孔穴填平补齐。      

洞穴石笋纹(壳)层构造类型研究

在大量大型石笋纵剖面观测研究的基础上,提出洞穴石笋成因形态分类,首次确立石笋纹(壳)层组合构造分类方案;阐明叠锥、叠柱、叠锥柱复合和叠锥柱彼此间夹复合等构造类型及类型中的拱凸、拱凹、水平、平凹等纹层(组)层面构造亚类的组成特征;指出有关构造类型和亚类是成笋时段洞顶滴水、滴流水水量和流态动态特征与过程的踪迹,纹(壳)层及其构造也是洞穴内外气候环境及洞穴(道、厅)地质、水文条件等制约因素的综合反映。      

贵州荔波董哥洞3号石笋的同位素年龄及古气候信息

石笋是岩溶记录中最全面、最系统的古气候环境信息库,研究表明,洞穴内、外环境变化,都不同程度地显示在石笋的组成、结构构造、沉积 (生长 )纹层及其层面构造、沉积速率和古气候环境变化等方面。利用洞穴石笋保存的信息重建古环境,是近 2 0年来的热门课题之一。当前全球气候变化预测研究中,洞穴石笋的高分辨率定年和碳、氧同位素组成的变化规律,为这个领域的突破和填补空白作出了重大贡献。本文通过对荔波董哥洞 3号石笋进行热电离质谱 (TIMS)U-系测年及碳氧同位素分析,获得了距今 16.33万年至 9.13万年的古气候信息。石笋在大于 16.33万年前开始生长,9.13万年后停止生长,平均沉积速率为 2.87mm/ 100a(未扣出间断时间 ),属中更新世的产物。其年龄与δ18O的变化可与深海岩芯V2 8～ 2 38同位素记录所揭示的第五和第六阶段以及与北方离石黄土层 (L2 )和下马兰黄土第一古土壤层 (S1)进行对比。它反映此阶段区内经历了寒冷和温暖 (间夹冷期 )等气候变化,与全球古气候变化波动基本一致,同时也存在地区性的气候变化。     

洞穴石笋初始234U/238U值变化的古气候记录意义

通过对我国西南地区3个洞穴9根大型石笋272个初始234U/238U数据的分析研究,发现石笋初始234U/238U值长尺度变化与海洋沉积SPECMAP曲线δ18O记录有一定的正相关关系,与北纬25°夏季太阳辐射能量变化曲线呈一定的负相关关系,石笋初始234U/238U值的变化在冰期时波动强烈,而在间冰期波动相对平缓,在间冰期和冰期(间冰阶和冰阶)转化阶段该值呈跳跃状态变化。末次冰期及全新世阶段石笋初始234U/238U变化记录了该时段内的BA暖期和YD突变冷事件;全新世8200 a BP、7200 a BP、5200 a BP、4200 a BP、2800 a BP、1400 a BP 发生的几次较强冷事件在石笋初始234U/238U值都有相应记录,并且和长尺度的变化规律一致,冷事件发生时石笋初始234U/238U值偏重,暖期偏轻。封闭系统形成的洞穴石笋初始234U/238U变化类似于同地区洞穴石笋的δ18O对气候变化的记录特征,在我国西南地区两者与夏季风变化的强弱呈现一种负相关的关系,洞穴石笋初始234U/238U值可以作为一个有用的古气候替代指标来研究古降水的变化。     

湘西莲花洞石笋TIMS—U系年龄校正研究

能够利用TIMS-U系方法精确定年,是石笋应用于古环境重建的重要优势.但石笋实际测定的TIMS-U系年龄往往出现与石笋自然生长规律不符合的异常序列,从而限制了大批石笋的进一步研究.以湘西龙山莲花洞LL1石笋为例,发现并从地球化学的角度解释了文石向方解石转化,以及方解石次生结晶加大的结构构造转变过程中,石笋具有238U、230Th含量明显减小,石笋测定年龄比实际年龄偏小的趋势.并在排除污染等条件下,以230Th/238U为校正指标,假设其损失率分别为1%、10%、50%,对LL1进行TIMS-U系法测年结果校正.结果发现,230Th/238U损失的百分数与年龄偏小的百分数相差不多,且相同230Th/238U损失比例下,石笋年龄越老,实测年龄比实际年龄却偏年轻.该研究为今后校正石笋异常年龄序列,建立石笋正常、准确年龄时标提供了思路.     

桂林现代洞穴碳酸盐——石笋的沉积速率及其环境意义

洞穴沉积物过去环境记录在短尺度、高分辨率全球变化研究中已成为不可或缺的研究内容.而洞穴滴水作为洞穴石笋形成的介质或媒体,对气候环境变化响应迅速,其物质成分、滴速以及水量的变化直接影响石笋的生长及其蕴含的环境信息,是研究地表环境变化与洞穴石笋沉积的桥梁.洞穴滴水从而成为石笋形成机理和古气候重建研究的热点.通过对桂林盘龙洞...     

地下河水人工补给洞穴滴水、碳酸盐(钙)沉积特征及景观恢复探讨

岩溶旅游洞穴碳酸盐岩沉积物景观容易受到污染、风化,为了探讨受污损洞穴碳酸盐沉积物的修复方法以确保岩溶旅游洞穴的可持续发展,对广西桂林七星岩No.15支洞距洞口约150 m长洞段的滴水物化指标、现代碳酸盐岩沉积物进行了为期4年的监测分析。结果表明:（1）该洞段的滴水主要源于抽取地下河水的水柜渗漏及降水补给,地下河水和滴水的电导率、[Ca2＋] 、[HCO3-]在4个水文年中的变化趋势基本相同,雨季洞穴滴水电导率、[Ca2＋] 、[HCO3-]等显著降低,降雨稀释效应明显;（2）现代洞穴碳酸盐岩沉积具有明显的季节性变化,雨季洞穴滴水量/速率、碳酸钙沉积速率加快,最大沉积量达0.8 g／半月,洞穴入口约150 m长洞段快速滴水碳酸盐最大沉积量达2～4 g／半月,旱季碳酸盐沉积速率减少,最大沉积量仅为0.4 g／半月;（3）抽取岩溶地下水经由地表补给洞穴滴水可提高滴水的电导率、[Ca2＋] 、[HCO3-]及CaCO3饱和度,促使大量碳酸盐(CaCO3)快速沉积,实现对洞穴受风化、污染景观的修复,新沉积的碳酸钙(CaCO3)还可以将基岩裂隙和洞穴内破损、破裂的钟乳石重新“粘结”起来,利于洞穴的稳定性。      

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‰.     

土壤CO2、土壤水的动态特征及其 对岩溶作用的驱动

为了研究不同土壤CO2浓度和不同土壤水化学条件下的岩溶作用发生程度,文章对广西桂林地区的土壤CO2浓度、土壤水和石灰岩试片溶蚀速率进行了监测,结果表明：1）该地区土壤CO2浓度具有明显的季节性变化特征,总体上夏季是其他季节的3~5倍,最大值时达到60 899.64 mg/m2,而最小值时仅为5 587.21 mg/m2;2）就相同深度的土壤CO2浓度来说,洼地大于坡地,夏季时洼地比坡地高近20 000 mg/m2,且深层土CO2浓度大于表层土,其平均值比表层土高4 353.54 mg/m2;3）坡地和洼地土壤水水化学指标平均值分别是：pH为7.49和6.41、电导率为300和78 μS/cm、Ca2+为60和15.43 mg/L、 为2.78和0.44 mg/L,坡地处的pH、电导率、Ca2+和 均高于洼地;4）从溶蚀试验说明该地区的岩溶作用发生程度非常明显,说明土壤CO2和土壤水能驱动岩溶作用的发生。