貴州納朵洞洞穴滴水、新生沉積物δ18O特征及其環(huán)境意義.pdf

1、巖溶洞穴次生化學(xué)沉積物(尤其是石筍)作為研究氣候變化的重要載體取得了一系列令人矚目的成果。石筍等洞穴碳酸鹽沉積物中有δ18O和δ13C、生長速率、微量元素及其同位素、紋層等豐富的氣候替代指標，其中氧同位素(18O)是目前洞穴研究者最為關(guān)心和應(yīng)用最為廣泛的眾多環(huán)境替代指標之一；我國石筍氧同位素序列也陸續(xù)發(fā)表并被古氣候?qū)W界廣泛引用。但是，大氣降水的同位素信息在經(jīng)過土壤層、巖溶管道傳遞，并在最終形成洞穴滴水以及洞穴碳酸鹽沉積物的過程中，會受到

2、洞穴所在地區(qū)的氣候條件、地形地貌、洞穴內(nèi)部溫度、濕度、CO2濃度以及洞穴上覆巖層厚度、裂隙發(fā)育程度等因素的影響。這種影響因素的多元性以及時空的差異性，使得對洞穴碳酸鹽沉積物各種指標的解譯存在較多爭議。因此，本文對研究區(qū)的洞穴系統(tǒng)進行了自上而下的現(xiàn)代監(jiān)測，分析各類洞穴水δ18O特征及其在傳遞過程中對外界氣候環(huán)境記錄的差異。這不僅有助于分析洞穴現(xiàn)代沉積物形成機制，也為解譯東亞季風(fēng)區(qū)石筍δ18O信號的氣候意義提供科學(xué)參考。
　　本研究主

3、要內(nèi)容包括：⑴以納朵洞洞外大氣降水中氫氧同位素監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立了研究區(qū)大氣降水線方程(LMWL)：δD=9.24δ18O+22.92(r=0.99，n=30，P＜0.001)，該方程的斜率和截距均偏大，是因為較小分子質(zhì)量(D)的元素在未飽和大氣中的蒸發(fā)富集時，其分餾效應(yīng)大于較大分子質(zhì)量的元素(18O)，導(dǎo)致雨水中的δD相對富集。⑵洞外大氣降水的δ18O值存在明顯“雨季偏輕，旱季偏重”的季節(jié)特征。這是由于降水水汽來源不同導(dǎo)致的，雨季的

4、降水主要來自海洋性暖濕汽團，δ18O值較低；而旱季降水水源主要來自大陸性干濕汽團和內(nèi)地水汽的再循環(huán)，強烈的蒸發(fā)過程導(dǎo)致重同位素富集，δ18O值較高。與此同時，大氣降水中δ18O值與當?shù)氐臏囟群徒邓康南嚓P(guān)性都非常高，表現(xiàn)出了明顯的“降水量效應(yīng)”和“反溫度效應(yīng)”。土壤水基本繼承了大氣降水同位素的季節(jié)特征，即：雨季偏輕，旱季偏重。但由于受到上覆土層和巖溶表層帶的滯留和調(diào)蓄作用，地下水混合過程較強，導(dǎo)致表層巖溶泉水均質(zhì)化明顯，季節(jié)特征減弱。⑶

5、6處洞穴滴水對于外界大氣降水同位素信號的繼承度不同，對外界環(huán)境變化響應(yīng)的敏感度也不同；但各滴水點同位素季節(jié)變化規(guī)律一致，表現(xiàn)出整體同步的特征。此外，研究表明6處滴水點主要受大氣降水補給，但6處滴水點δ18O值的年平均值更接近雨季時期大氣降水的δ18O均值，因此推測雨季降水對洞穴滴水的貢獻是主要的。⑷6個滴水點的δ18O值與洞外月均氣溫均表現(xiàn)出較好的正相關(guān)性，可能是因為納朵洞洞內(nèi)通風(fēng)條件較好，洞穴所在山體土壤層較薄，土被不連續(xù)，包氣帶較薄

6、，使得洞穴氣溫受外界氣溫影響較大，例如：地下水在夏季高溫作用下強烈蒸發(fā)，所以滴水的δ18O值相對偏高。⑸納朵洞新生碳酸鹽沉積物存在不同程度的沉積間斷，沉積物與洞穴滴水之間大多未達到平衡分餾，可能與洞穴氣溫波動大，濕度較小等物理環(huán)境性質(zhì)相關(guān)。納朵洞沉積物δ18OV-PDB值整體偏低，可能是因為滴水δ18O值主要繼承至雨季降水；其中D11沉積物δ18OV-PDB值的變化趨勢與 D11滴水點的δ18O值存在相似的季節(jié)規(guī)律，可以說明洞穴新生沉積