现代钙华沉积的环境替代指标及其气候环境因子控制的研究 ——以云南白水台为例

论文摘要

近2000年气候与环境变化研究在全球变化研究中具有特殊的重要性。过去2000年的气候和环境变化研究,要求尽可能高的时间分辨率,在此基础上取得的气候指标统计基础,才有可能在其中寻找气候和环境变化的信息,以寻求气候演变的规律,预测未来发展趋势。分布于地表的钙华沉积物,以其具有的比石笋气候记录更高的分辨率和灵敏度的气候记录,成为近年来古气候研究的重要载体。然而,要想利用钙华进行高分辨率的古气候重建工作,必须从地球系统科学思想出发,全面了解钙华沉积过程中地球化学指标的变化及其控制机理。只有如此,才能更好地建立钙华沉积物环境替代指标与气候因子之间的定性和定量关系,才能为利用钙华记录重建古气候环境奠定坚实可靠的基础。由于气候环境因子对钙华环境替代指标的控制机理非常复杂,地域性很强,这也使得国外已有研究成果的适用范围有限,并不一定适合中国的情况,而且很多研究主要是针对大气成因类钙华的,而对于如本文要研究的深部岩溶动力系统中形成的钙华,即所谓的地热成因类钙华的环境替代指标与气候因子之间的关系则缺乏研究。本文采用水化学仪器自动记录、现场测定、取样进行实验室测试相结合的方法,通过水化学和碳氧稳定同位素组成时空动态的综合分析,对云南白水台地区现代钙华沉积的环境替代指标与气候因子关系进行了全面系统的研究,得出以下主要结论:（1）白水台地区冬、夏季风期间降雨云团可能存在不同的源区,即,夏季降水的源区主要是印度洋和孟加拉湾,而冬季降水的气团则主要受大陆内部气团影响。雨水氧同位素与降雨量有很好的线性负相关关系,反映了大气降水的降水量效应。（2）通过对白水台引水渠道及钙华池内钙华氧同位值(δ18O)季节变化的分析发现,大气降水的降水量效应（P）以及降水云团不同源区的转换,是控制白水台热成因类钙华中δ18O季节变化的原因。白水台地区的钙华δ18O的季节变化是春夏季（雨季）偏负,而秋冬季（早季）偏止。δ18O与P的定量关系是P每增加100mm,钙华δ18O偏负0.70‰;温度（T）对白水台钙华δ18O的影响系数较O’neil方程小1倍左右,即T每增加1℃,钙华δ18O偏负0.1‰。（3）通过对白水台引水渠道和钙华池中钙华δ13C值的季节变化分析发现,雨水及雨后形成的坡面流是控制白水台地区钙华δ13C值季节变化的主要原因。在雨季雨后形成的坡面流(δ13C受土壤CO2的影响,因而偏低)进入引水渠道,对引水渠道水进行了稀释,因而造成雨季形成的钙华δ13C值偏负。从而使钙华δ13C值呈现出春夏季（雨季）偏负,而秋冬（旱季）偏正的季节变化。（4）通过对白水台引水渠道和钙华池内钙华沉积速率的季节变化研究发现,降雨量是控制白水台地区钙华沉积速率快慢的主要因素。在雨季,稀释效应造成的钙华沉积速率的降低超过了温度升高导致的钙华沉积速率的增加,从而使白水台地区钙华沉积速率呈现出在雨季（春夏季）降低、秋冬季（旱季）升高的反常现象,这与在日本大气成因类钙华中发现的规律正好相反。（5）建立了白水台钙华年层的肉眼识别标准,即白水台地区一个钙华年层包括薄的疏松褐色层和厚的致密浅色层。（6）钙华池内水生植物在春夏季（雨季）较强的光合作用使钙华δ13C值偏正的影响小于雨季雨后形成的坡面流进入钙华池对池水的稀释使钙华δ13C值偏负的影响,因此受水生植物影响的钙华池内的钙华δ13C值的季节变化也主要是受降雨量控制,从而呈现出春夏季（雨季）偏负,而秋冬（旱季）偏正的季节变化。夏季较强的光合作用虽然能够加快钙华的沉积速率,但是由于雨季时雨水及坡面流对池水更强的稀释作用,使得受水生生物影响的各钙华池内的钙华沉积速率的季节变化同不受水生生物影响的钙华池内的钙华沉积速率的季节变化类似,反映的都主要是降雨量对钙华沉积速率的控制,均表现为春夏季（雨季）沉积速率低于秋冬季（旱季）。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1.1 选题的意义
• §1.2 钙华沉积物重建古环境的理论研究
• §1.3 国内外相关研究现状
• §1.4 研究的内容与方法
• §1.5 拟解决的关键性科学问题
• 第二章 研究区概况
• §2.1 研究区的自然地理概况
• §2.2 研究区的区域地质情况
• §2.3 研究区实验点情况
• 第三章 白水台泉水、渠道水和池水的水化学研究
• §3.1 白水台泉水的长期监测
• §3.2 白水台引水渠道水化学的长期监测
• §3.3 白水台钙华池水化学的长期监测
• §3.4 小结
• 第四章 白水台雨水、泉水、渠道水、钙华池水的稳定同位素特征
• §4.1 白水台雨水的稳定同位素特征及其气候指示意义
• §4.2 白水台泉水的稳定同位素特征
• §4.3 白水台引水渠道和钙华池中水的稳定同位素特征
• §4.4 小结
• 第五章 白水台现代钙华的稳定同位素特征及其气候指示意义
• §5.1 概述
• §5.2 白水台钙华同位素的基本特征和同位素平衡沉积检验
• §5.3 引水渠道钙华沉积氧同位素组成的环境控制因子分析
• §5.4 钙华池中钙华沉积氧同位素组成的环境控制因子分析
• §5.5 引水渠道钙华沉积碳稳定同位素组成的环境控制因子分析
• §5.6 钙华池中钙华沉积碳稳定同位素组成的环境控制因子分析
• §5.7 热成因类钙华氧碳稳定同位素的环境释义与大气成因类钙华的差异
• §5.8 小结
• 第六章 白水台现代钙华沉积速率的季节变化及其气候指示意义
• §6.1 引水渠道钙华沉积速率的的季节变化及其气候指示意义
• §6.2 钙华池钙华沉积速率的季节变化及其气候指示意义
• §6.3 热成因类钙华沉积速率的季节变化与大气成因类钙华的差异
• §6.4 小结
• 第七章 白水台钙华年层的特征及其指示的气候意义
• §7.1 引水渠道内钙华年层的特征及其指示的气候意义
• §7.2 钙华池内钙华年层的特征及其指示的气候意义
• §7.3 钙华年层识别体系的确立
• §7.4 小结
• 第八章 水生植物对钙华碳稳定同位素和沉积速率的影响
• §8.1 概述
• §8.2 水生植物对钙华碳稳定同位素的影响
• §8.3 水生植物对钙华沉积速率的影响
• §8.4 小结
• 第九章 结论与展望
• §9.1 结论
• §9.2 本研究的主要创新点
• §9.3 本研究的不足及研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历