洞穴系统对地表环境变化响应机制探究探析

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1、洞穴系统对地表环境变化响应机制探究探析摘要石漠化地区洞穴对环境变化的影响是近些年来研究的热点之一，为石漠化寻找相应的替代指标一直是洞穴系统研究的重点，利用洞穴系统内洞穴滴水、石笋、沉积物等指标的变化特征来探索相应的地表环境变化有重要意义。本论文着重介绍了洞穴滴水、石笋、洞穴沉积物对地表气候环境响应的主要国内外研究进展。关键词洞穴环境响应滴水石笋沉积物中图分类号：X141文献标识码：A1洞穴滴水研究洞穴滴水的来源主要是降雨，降雨经过洞穴岩层后形成滴水，所以洞穴滴水对降雨的响应时间与季节、土壤水含量、顶板岩层厚度以及岩层的通透性有密切关系。张美良等人对桂林盘龙洞滴水进行了系统的监测，发现洞

2、穴滴水对大气降水的响应较快，滴水特性可直接反映大气降水的物理、化学特征。针对洞穴滴水的形成过程，周运超等人对贵州都匀七星洞滴水点进行为期一年的动态临测，指出滴水的物质组成直接源自于土壤和岩石，并认为洞穴滴水的化学元素含量变化主要受水和土壤、岩石作用导致的岩石溶解一一方解石沉淀过程所控制。在降雨形成洞穴滴水的过程中，洞穴滴水不但携带丰富的气候信息，还携带着地表土壤岩层生态环境信息，可以针对洞穴滴水的定点定时监测，并结合同步气候的变化来分析其环境效应。向晓晶等发现Ca2+、Mg2+和Sr2+在土壤剖面中表现出明显的淋溶和淀积作用，其元素含量高低直接影响土壤渗透水元素含量，基岩的元素含量主导

3、了土壤各层位、土壤渗透水及滴水中元素含量。叶明阳等指出52+、Mg2+对2006年夏季特大干旱事件的响应敏感，短期干旱导致洞穴水离子浓度偏高;2007年夏季的暴雨事件后Ca2+.Mg2+浓度波动较大，表明洞穴水对特大降水事件响应明显，表明了洞穴滴水阳离子对气候环境反应明显。同时，衣成城等初步认为洞穴滴水的Sr2+、Ca2+.Mg2+浓度及其比值既取决于环境降水和温度的变化，也受到上覆岩土作用的影响。很多研究表明Mg2+、Sr2+与温度有关，Mg2+和Sr2+的比值可在一定程度上作为温度计，洞穴滴水的Mg2+、Ca2+、Sr2+既可以反映洞穴附近环境温度的变化，又可以反映洞穴周围水文条件

4、的变，并且Mg/Ca、Sr/Ca、Ba/Ca这3对元素比值和气候的变化有密切的关系。向晓晶等分析得出洞穴岩溶生态系统中Ba元素含量普遍较低，Ba元素在岩溶洞穴系统中的含量能指示上覆岩-土-水迁移过程中发生分异的特征，还能反映洞穴滴水的形成信息。2石笋和洞穴沉积物研究近年来，许多学者使用碳同位素法测定了洞穴碳酸盐的年代，证明在温带气候区一些快速生长的石笋微层是年层，后来许多学者也证明了石笋微层是石笋的年生长层。0,LearyMH分析了过去70年沉积的具有年纹层的石笋，证实其发光波长可作为上覆土壤腐值化程度的代用指标，从而提供土壤温度、湿度等方面的变化信息。KochPL等利用分布不同地点的

5、石笋确定了22-2kaBP间石笋生长频率与古气候变化的联系，通过能谱和调谐分析发现，石笋生长频率有40ka、20ka的周期。姜修洋等通过湖北神农架等洞穴石笋研究发现季风降雨的长期变化，与太阳活动周期同步进行。并有学者发现石笋结构构造转变及其晶化强度，受控于洞穴温度、湿度、滴水和凝结水对石笋的渗透、淋漓，主要受石笋含水度大的制约。李琴等发现流体包裹体中的中ln[c(Xe)/c(Ar)]与温度指标的(c)和n(Mg)/(Ca)的变化一致，其中ln[c(Xe)/c(Ar)]与石笋形成温度呈负相关，可以定性重建古温度的变化。利用洞穴系统内的滴水、石笋、沉积物来研究喀斯特地区石漠化发生、演化过程

6、，研究洞穴系统对地表环境的响应变化规律，为喀斯特石漠化提供长期指标评价体系，寻找相应的石漠化替代指标，从而为喀斯特地区石漠化综合治理提供数据支持，明确阶段性治理目标，具有非常重要的意义。参考文献[1]王新中，班凤梅，潘根兴•洞穴滴水地球化学的空间和时间变化及其控制因素一一以北京石花洞为例[J]・第四纪研究，2005,25(2).[2]张美良，朱晓燕，林玉石，等.桂林盘龙洞滴水的物理化学指标变化研究及其意义[J]・地球与环境，2009,37(1)・[3]周运超，王世杰•贵州七星洞滴水的水文水化学特征及其意义[J].水文地质工程地质，2006(1).[4]向晓晶，李廷勇，王建力，等•重庆芙

7、蓉洞土壤渗透水-滴水的元素变化特征及其意义[J]・水土保持学报，2011,25(3)・[5]衣成城，李廷勇，李俊云，等•芙蓉洞洞穴水离子浓度和元素比值变化特征及其环境意义[J].中国岩溶，2011,30(2).[6]0，LearyMH.CarbonisotopesinphotosynthesisFractiontechniquesmayrevealnewaspectsofcarbondynamicsinplants[J]・BioScience，