岩溶形成与碳、水、钙循环

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1、第二章岩溶形成与碳、水、钙循环袁道先+西南大学地理科学学院现代岩溶学大纲一、全球碳、水、钙循环概述二、岩溶动力系统运行特征的经验判别三、岩溶动力系统运行特征的定量判别（矿物饱和指数的计算）四、数据制图软件（origin）的应用一、全球碳、水、钙循环概述（一）岩溶动力系统（KarstDynamicSystem，KDS）定义：控制岩溶形成演化、并常受控于已有的岩溶形态、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。它是由固相、液相、气相三部分构成的开放系统。功能：驱动岩溶形成，调节

2、环境酸化，驱动元素迁移、形成有用矿产、影响生命，记录环境变化。特征：对环境变化反映灵敏，需要特殊的工作方法。•监测:掌握系统、界面、事件•实验•模型岩溶动力系统的定义、功能和特征，要求我们从全球碳、水、钙循环来掌握其运行规律。（二）全球水循环与岩溶形成1、全球水循环地球上水的起源和分布年龄：38亿年（据沉积岩石），46亿年－38亿年间有无水：不知道？现在地球上的水量：1408.6×106km3ReservoirVolume(106km3)PercentofTotalOceans137097.25Icecapsandg

3、laciers292.05Deepgroundwater5.30.38(750-4000m)Shallowgroundwater4.20.30(<750m)Lakes0.1250.01Soilmoisture0.0650.005Atmospherea0.0130.001Rivers0.00170.0001Biosphere0.00060.00004Total1408.7100Sources:Nace1967;peixotoandKettani1973;turekian1976;andAmbroggi1977.aAsl

4、iquidequivalentofwatervapor.地球表层各种水体的水量分配全球水循环箭头边数字为通量(单位：106km3)年降水量(陆地＋海面)=年蒸发量(陆地＋海面)0.1100.3860.0730.4230.4960.4962、全球水循环对岩溶作用的影响陆地：每年11万km3的陆地降水分布很不均匀，赤道附近净降水量最大，而南、北纬20o附近净降水为负值。这对岩溶发育有很大影响。(FromJ.P.PeixotoandM.A.kettani,“TheControloftheWaterCycle.”Copyri

5、ght©April1973byScientificAmerican,Inc.Allrightsreserved.)全球净降水量（降水量－蒸发量）与纬度的关系全球年均降水量(FromH.L.Penman,“TheWaterCycle.”Copyright©September1970byScientificAmerican,Inc.Allrightsreserved.)降水量差别，直接造成了岩溶作用强度和形态的差别。如热带岩溶（桂林）干旱区岩溶（美国Nevada）地中海岩溶（土耳其）高山岩溶（四川黄龙）热带岩溶(

6、桂林)干旱区岩溶(美国Nevada)地中海岩溶(土耳其)高山岩溶(四川黄龙)海洋：海底由于温度低，水压加大，pH值降低，溶蚀强度加大，以致在4000~5000m深度以下方解石不再沉积，称为碳酸盐补偿面(CCD)，也称为“海底雪线”。因为其上有方解石，为白色，其下为红粘土。图9CCD(CarbonateCompensationDepth)或海底雪线(J.Murry,1912,英国挑战者号船)（三）全球碳循环与岩溶作用定义：地球系统的碳循环，是指的碳在岩石圈、水圈、气圈和生物圈之间以CO32-(以CaCO3、MgCO3为

7、主)、HCO3-、CO2、CH4、(CH2O)n(有机碳)等形式相互转换和运移过程。气圈：CO2、CH4、CO水圈：HCO3-生物圈：(CH2O)n岩石圈：CO32-、(CaCO3、MgCO3等)模型全球碳循环模型，单位：109tc五个碳库：1.碳酸盐岩99.55%2.陆地生态系统3.海洋4.化石燃料5.大气全球碳循环模型单位：109tc五个碳库：1.碳酸盐岩99.55%2.陆地生态系统3.海洋4.化石燃料5.大气问题：(1)占碳库99.55%的碳酸盐岩是否积极参与全球碳循环？一般认为碳酸盐岩的溶蚀作用是长时间尺度的

8、缓慢过程？实际上如何？(2)土壤圈中的碳转换过程:决定碳酸盐岩库是否积极参与全球碳循环。地球系统碳循环与岩溶作用土壤圈在岩溶作用中的重要地位观测验证：石灰岩溶蚀速度观测安放方式试验场安装试片铁栅广州－伊春各观测站溶蚀速度观测成果曲线土下溶蚀比地面溶蚀多。CO2与水相结合才能加强溶蚀作用，成为一个汇陕西甸阳鱼洞岩溶动力系统观测结果：1.碳酸盐岩库