河南栾川鸡冠洞现代监测与岩溶系统碳同位素运移研究

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岩溶洞穴滴水δ13C及洞穴现代监测研究对进一步利用石笋等洞穴沉积物进行古气候的多指标研究有着重要意义,613C在洞穴中的变化与运移规律能反应出碳运移规律以及其对气候变化的响应机制,从而能为石笋等研究古气候提供理论依据。而进行洞穴滴水监测不仅有助于进一步认识洞穴次生沉积物同位素对自然环境变化机制的指代意义,同时也还能为岩溶地区的生态环境提供相关数据。本文选择了位于黄土高原东南缘,具有典型气候特征的河南省栾川县鸡冠洞为主要研究对象。通过对河南栾川鸡冠洞滴水进行现代监测,并对洞穴现代监测数据进行分析讨论,探讨了沉积物、洞穴滴水、土壤、与大气降水碳同位素的关系及洞穴滴水碳同位素对现代环境变化的响应机制。以探明影响洞穴滴水δ13C的相关因素,为利用碳同位素重建古气候提供理论依据。对河南省栾川县鸡冠洞地下河、洞穴滴水、池水进行了三年多(2009.12-2013.02)的DIC监测分析,同时对洞穴二氧化碳含量、地下水微量元素、现代次生沉积物碳同位素(δ13C)、洞顶植被和土壤碳氮同位素等环境指标进行了连续的现代监测工作,为认识本地区岩溶沉积物中碳同位素的迁移转换规律提供数据积累,经过两年多的工作对地下水DIC的变化特征取得了初步认识。从2009年末开始对鸡冠洞岩溶系统进行现代过程监测,每隔两个月从五个取样点(玉柱潭池水、洞天河地下河水、瑶池宫池水、鲤鱼戏水滴水点滴水和天宫冰灯滴水点滴水)取得水样,从洞顶取得土壤、橡树叶等标本。对比地下水DIC变化的有关特征,同时对应现场监测的环境指标综合分析发现:1、鸡冠洞中两个滴水点以及一个地下河水和两个池水样品的δ13c值明显受到季节变化的影响。除瑶池宫外,其他地点最低均出现10月,与洞顶土壤的δ13C的变化趋势基本一致,并旱现出与“天宫冰灯”等滴水点处次生沉积物中δ13C也基本一致的变化趋势。同时,由于-受滴水运移路径、滞留时间、洞穴空气与外界空气交换、游客活动等因素对水中δ13C的影响,洞穴池水δ13C的变化比洞穴滴水的变化更加复杂化。2、鸡冠洞洞穴监测与洞穴滴水综合水化学特征对比显示,各滴水点阳离子冬季明显高于夏季,表现出了降水对离子的稀释效应。同时,各不同滴水点阳离子有明显分异现象,相距不足两米的两处滴水点鲤鱼戏水与天宫冰灯在各项观测数值上的差异均很大,尤其是其中Ca2+、HCO3的差异相当明显,可能由于受DIC的控制因素的多重性,导致了其在时间和空间上的分异现象,鸡冠洞的研究已经初步表明了这种特性。上述研究表明,鸡冠洞地下水DIC变化受控因素与洞穴外气候、植被及土壤中的碳含量密切相关。表现出的洞穴滴水运移变化特征能基本为岩溶沉积物中碳同位素的迁移转换规律提供数据积累,并对利用本研究洞穴沉积物特别是石笋反应古环境研究提供机理性解释。此外,鸡冠洞上覆植被为人工植被,无法以传统的理论解释。鸡冠洞为旅游洞穴,人为活动因素是否对洞穴系统有综合的影响,目前还未能获得相关的证据。
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