洞穴滴水溶解有机碳三维荧光光谱特征及其对环境的响应: 以贵州4个洞穴系统为例

荧光光谱是洞穴次生沉积物古环境、古气候重建的重要指标之一, 充分理解产生洞穴次生沉积物的滴水的荧光变化对现代环境、气候的响应关系, 是较好利用该指标的关键. 利用三维荧光光谱分析4个岩溶洞穴系统溶解有机碳(DOC)荧光特征, 结果表明洞穴系统中土壤水及洞穴滴水中的DOC荧光类型主要以类富里酸荧光和类蛋白荧光为主; 类富里酸荧光强度与DOC浓度有很好的线性关系, 指示了洞穴滴水DOC来自洞穴上覆土壤层. 洞穴滴水类富里酸荧光在林地覆盖下的凉风洞激发发射波长变化较小, 激发波长相对于其他3个洞穴滴水的稍长, 而荧光强度变化较大; 灌草丛覆盖的将军洞激发发射波长及荧光强度变化最大, 激发波长较短, 揭示洞穴系统上覆植被的变化明显地影响到滴水的荧光光谱特征.     

贵州凉风洞大气降水-土壤水-滴水的δ18O信号传递及其意义

通过对贵州荔波凉风洞(LFD)大气降水、土壤水、土壤气、洞穴滴水以及滴水对应的现代化学沉积物氧(氢)同位素组成的系统监测, 发现LFD土壤水和滴水主要来源于当地大气降水; 3种水(大气降水、土壤水和滴水)氧同位素值的变化幅度在年内依次减小, 分别在0~-10‰, -2‰~-9‰和-6‰~-8‰之间; 3种水氧同位素值之间存在大致协调同步的季节变化规律: 雨季偏轻, 旱季偏重; 地表蒸发作用导致滴水氧同位素年算术平均值相对于大气降水值偏重约0.3‰以上. 计算结果验证了LFD系统中洞穴次生化学沉积物形成过程基本达到了氧同位素平衡, 利用洞穴沉积物氧同位素值恢复和重建古气温和降水量是可行的, 但应注意研究区地表蒸发作用对氧同位素值的调节作用.     

贵州凉风洞大气降水-土壤水-滴水的δ~(18)O信号传递及其意义

通过对贵州荔波凉风洞(LFD)大气降水、土壤水、土壤气、洞穴滴水以及滴水对应的现代化学沉积物氧(氢)同位素组成的系统监测,发现LFD土壤水和滴水主要来源于当地大气降水;3种水(大气降水、土壤水和滴水)氧同位素值的变化幅度在年内依次减小,分别在0～-10‰,-2‰～-9‰和-6‰～-8‰之间;3种水氧同位素值之间存在大致协调同步的季节变化规律:雨季偏轻,旱季偏重;地表蒸发作用导致滴水氧同位素年算术平均值相对于大气降水值偏重约0.3‰以上.计算结果验证了LFD系统中洞穴次生化学沉积物形成过程基本达到了氧同位素平衡,利用洞穴沉积物氧同位素值恢复和重建古气温和降水量是可行的,但应注意研究区地表蒸发作用对氧同位素值的调节作用。     

贵州七星洞洞穴系统中锶同位素特征及其意义

系统分析了贵州都匀七星洞(QXD)洞穴系统中各组分(土壤水、滴水及其化学沉积物与土壤、基岩等)的锶同位素组成(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr), 结果显示, 各组分的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 比值特征差异显著. QXD-1#, 4#和9#滴水⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 平均值分别为0.709568, 0.709139 和 0.708761, 其比值差异可能是由不同滴水点相应的渗流水运移路径、滞留时间和其他水文地质过程等因素不同所造成的. 两端员模式计算表明, 基岩(碳酸盐岩)溶解对1#, 4#和9#滴水的贡献率分别为40.8%, 57.6%和72.4%. 基岩溶解贡献率与之前研究的各滴水δ¹³CDIC 值没有正相关关系(基岩δ¹³C 值为1.8‰), 相反, 基岩贡献率相对较低的1#,其δ¹³CDIC 值最重(平均值?4.5‰), 而贡献率相对较高的9#, 其δ ¹³CDIC 值最轻(平均值?9.3‰), QXD-4#基岩贡献率高于1#低于9#, 其δ¹³CDIC 平均值(?8.6‰)却低于1#高于9#. 由此可见, 基岩的溶解对滴水稳定碳同位素的影响不是该洞穴不同滴水点间碳同位素巨大差异的主要原因, 水体运移路径中, 可能前期方解石沉积(PCP)过程的发生才是滴水δ¹³CDIC 偏重的主导因素. 此外, 本研究还发现, 1#和4#滴水对应次生化学沉积物⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 比值特征主要反映了上覆土壤系统(土壤水)与基岩溶解相对贡献变化,利用本地洞穴次生化学沉积物⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 指标表征上覆土壤风化强度及其变化是可行的,进而反映本区域季风气候信息.     

喀斯特洞穴滴水细菌群落组成及其代谢功能的季节性变化

洞穴是研究地下生物圈的天然实验室,而滴水是连接洞穴内部和外部环境的桥梁,对滴水微生物群落结构以及代谢功能进行研究,可以为洞穴中微生物组成、来源以及微生物驱动的元素循环提供重要信息.本研究采用Illumina Miseq平台的16S rRNA二代测序技术及Biolog-ECO微平板检测法,对湖北和尚洞弱光带滴水中的细菌群落多样性、细菌群落代谢功能多样性以及环境因子进行了为期2年的动态监测.结果表明:洞穴滴水中优势细菌属为不动杆菌属(Acinetobacter)和假单胞菌属(Pseudomonas)并表现出明显的季节性变化,不动杆菌属(Acinetobacter)相对丰度在夏季最高、冬季最低,而假单胞菌属(Pseudomonas)相对丰度的季节性变化正好相反;这种季节性差异与宜昌地区的月平均降水量紧密相关.同时,基于16SrRNA的PICRUSt代谢功能预测及Biolog-ECO微平板法均显示洞穴滴水中细菌群落代谢功能具有季节性变化,并且这种代谢能力的季节性变化与不动杆菌属(Acinetobacter)相对丰度的季节性变化显著正相关.总之,湖北宜昌和尚洞弱光区滴水中的细菌群落结构的季节性变化与降水量密切相关,同时优势类群不动杆菌属(Acinetobacter)是滴水代谢能力的主要贡献者.此研究将环境因子、滴水细菌群落组成及群落代谢能力三者紧密结合起来,为进一步解译洞穴这一特殊的地下生态系统中微生物群落组成及其代谢特征的变化规律奠定了基础.     

中国洞穴石笋年代学和古气候研究

我国学者用高精度、高灵敏度热电离质谱(TIMS)铀系法测定第四纪地质年龄,并已在古气候、古环境、古海洋的研究中取得了一系列重要成果.本文介绍目前我们用MAT-262质谱仪对洞穴石笋的TIMS铀系定年法对贵州荔波董歌洞、龙泉洞、衙门洞以及贵州都匀七星洞洞穴的次生碳酸岩石笋进行年代学研究的一些成果.     

世界著名天坑

天然形成的天坑是一种喀斯特地貌景观，又被称为沉洞、岩溶塌陷、陷坑、地下川、落水洞、洞状陷穴等。天坑是石灰岩或白云岩在水的作用下逐渐被侵蚀而产生裂隙、落水洞、潜流和洞穴等地面凹陷和沉降的一种自然现象，天坑的形成过程是喀斯特岩溶地形中常见的一种化学溶解过程。     

粒度揭示的青藏高原湖泊水动力现代过程:以藏南普莫雍错为例

在全球变暖的背景下,冰川融水占重要补给地位的湖泊对气温变化具有潜在的敏感性.本文以藏南普莫雍错为例,通过湖泊现代水动力过程解析,结合古湖泊学气候环境序列对比,辨析湖泊沉积物中粒度对气温变化敏感性.根据表层沉积物的粒度参数、各粒级百分含量的空间格局以及频率分布曲线特征,分析了该湖不同湖区的水动力环境.结果表明,该湖碎屑沉积可分为5种类型,其中开阔湖区除小岛周围和北岸受近岸碎屑影响外,其他中心湖区主要受悬移搬运控制;沉积动力学模型(粒径趋势方法)分析表明,该湖开阔湖区沉积物具有自西向东运移的输运趋势,表明该湖西部冰川融水补给河流加曲对湖泊的影响不仅限制在冲积扇上,而且影响到整个湖泊,从而也表明了湖泊沉积物粒度的温度指示意义;中心湖区沉积物岩芯粒度指标与气温资料时间序列的对比,验证了在短时间尺度上,粒度环境意义为区域温度的良好指示器,进而验证了水动力现代过程辨析方法的可靠性.作为案例研究,本研究表明,沉积物粒径趋势分析和沉积模式常规对比方法能够辨析青藏高原冰川融水补给湖泊的水动力过程,进而有助于理解钻孔的碎屑来源和粒度大小的控制性因素,有利于提高该类湖泊的古气候反演能力.     

石笋铀同位素组成对土壤环境变化的指示

通过测定南京葫芦洞两支石笋41个样品的铀、钍同位素组成,发现距今 75～18 ka期间洞穴石笋238U和δ234U0的变化与33°N夏季太阳辐射曲线、石笋δ18O曲线具良好的对比关系.洞穴上覆土壤带有机质丰度变化是控制石笋238U含量变化的主要因素,由此解释了石笋238U变化曲线与δ18O,同纬度太阳辐射曲线之间相位一致的原因,但水-土-岩之间238U迁移富集过程的复杂性导致238U与气候曲线在振幅上不完全一致;δ234U0指示了洞穴上覆土壤剖面成壤作用强度变化,较敏感地反映了本区下蜀黄土成壤作用与风成堆积过程.因此,洞穴石笋铀浓度及其同位素比率可作为新的洞穴气候环境替代指标.     

岩溶洞穴堆积与第四纪冰期气候

第四纪气候有过多次大幅度波动,是环境变化的一个重要因素,反映到第四纪的各个方面,因此也必然影响到岩溶洞穴的发展和沉积。在不同气候带,岩溶地貌有不同特点,沉积物也有变化。以常见的钟乳石来说,在热带和温暖气候下,它们的形体特别高大,姿态万千;在温带和寒冷气候下,则比较简单,形体萎缩。如我国广西等地著名的峰林地形,是在热带气候下长期发展的结果;而今天在温带以至西藏高原上保留的热带岩溶地貌,则是在第三纪晚期,或     

甘肃武都万象洞滴水与现代石笋同位素的环境意义

初步研究了青藏高原与黄土高原过渡带的甘肃武都万象洞中滴水的氢氧同位素和洞穴现代石笋碳酸钙的氧同位素组成, 发现万象洞内滴水的δ¹⁸O_dw和δ D_dw位于全球降水同位素网数据建立的地方性大气降水线范围之内, 说明滴水δ¹⁸O_dw与降水δ¹⁸O有密切关系. 利用δ¹⁸O_dw和洞内中部到距洞口较远处的现代管状钟乳石下部的δ¹⁸O_mc数据和碳酸盐古温度等式计算的温度范围在8.9~12.4℃之间, 平均值为10.7℃, 其中计算出距洞口较远处8个位置的温度在10.1~12.4℃的范围之内, 平均值为11.5℃, 这个值与洞穴内的观测值(10.99℃)一致, 略低于当地年平均气温(14.4℃), 说明现代石笋形成在同位素平衡条件下, 它们的同位素组成可以近似地反映其洞外大气年均温度.     

洞穴次生沉积物石笋的稳定同位素古气候的研究

用稳定同位素地球化学古温度的方法,对洞穴次生沉积物石笋进行碳、氧稳定同位素的测定,并对石笋进行铀系地质年龄和~(14)C地质年龄测定,可以获得第四纪以来的古气候演化规律。     

大连动物群的发现及其意义

1989年,大连海茂的采石工人在海滨北山的南坡上发现了一个喀斯特溶洞,其中产有脊椎动物化石。化石点位于北纬39°9′30″,东经121°38′42″,海拔65m。北山的顶峰的海拔则为89.4m。 洞穴沉积物的主体部分是晚更新世晚期的,产有50多种脊椎动物化石。限于篇幅,这里不作介绍。而残留在洞壁附近的沉积物乃是早更新世的,产有28种小哺乳动物化石。它们     

地下看世界 洞中别有关——贵州织金洞国家地质公园

织金洞位于贵州省织金县城东北27千米,洞穴总长度12.1千米,有31个厅堂,其中面积超过1万平方米的厅堂有6个,最大的厅堂长310米,宽170米,高50米,面积4.62万平方米,容积207.9万平方米。洞穴系统有4     

太湖表层沉积物的空间分布与层序特征分析

利用StrataBox浅水剖面测深系统对大型浅水湖泊-太湖沉积物进行了高密度走航式探测,采用SonarWiz.Map声学软件包对测量矢量图谱进行了解译,并就解译结果与太湖沉积岩芯及北部湖区姚湾地层剖面进行了对比.结果显示,太湖水-土界面以下10m内沉积地层层序较清晰,湖相沉积物(地层U1)直接堆覆于黄土层(地层U2)上,接触界面年代不整合.湖相沉积物(淤泥及淤泥质黏土)主要呈带状分布于太湖西部沿岸,并延伸至东南部的西山岛及西北部湖区,其余湖区大面积出露致密坚硬的黄土层.整套湖相沉积物在太湖的沉积厚度主要集中于1~2m,而与现代环境密切相关的淤泥层厚度主要集中于0.03~1.0m,入湖河流泥沙输移以及湖流等水动力作用是影响湖相沉积物空间分布的主要因素.     

东北平原钻孔的磁性地层定年及松嫩古湖演化

中国东北平原第四纪湖相沉积物是记录中纬度东亚季风和气候环境变化的理想载体.然而,目前关于该套湖相沉积地层尚缺乏高分辨率地层学和高精度的年代学研究,从而限制了对该区气候环境变化机理的理解.本研究重建了东北平原乾安令字(Qiananlingzi, QAL)孔的高分辨率磁化率地层,并对该套沉积进行了系统的古地磁和光释光年代学研究.结果显示, QAL钻孔记录了Olduvai正极性亚时以来的沉积.沉积物磁化率变化存在轨道时间尺度上的变化,粗颗粒的粉砂层一般呈现磁化率低值,细颗粒的黏土层一般呈现高值,岩石磁学参数表明磁化率低值层位高矫顽力硬磁性矿物贡献大,高值层位低矫顽力软磁性矿物贡献大;该套湖相地层的沉积年代约为1180～450ka,历时约730ka,松嫩古湖的几近消失可能与依舒断裂导致的多次沉降使得松花江将松嫩古湖湖水泄于三江平原有关.基于本文详细的磁化率地层和高精度的年代学结果,该湖相沉积有望成为解译中纬度中亚区域中更新世轨道时间尺度古气候变化的理想材料.     

降雨期间岩溶地下水化学组分的来源及运移路径

对降雨期间重庆青木关岩溶地下水系统出口姜家泉的水物理化学动态变化进行监测,获取高分辨率的数据,运用主成分分析法探索岩溶地下水化学组分的来源;结合水物理化学数据的变异系数,探讨化学组分在岩溶含水层中的运移路径.结果表明,水-岩作用和农业活动,以及水土流失是研究区岩溶地下水化学组分的主要来源.K+,Na+,NO3,Cl和PO43等离子从地表输入后,与碳酸盐岩溶解产生的Ca2+,Mg2+,Sr2+和HCO3等一并存储于裂隙、孔隙和溶隙等岩溶非饱和带中,受岩溶非饱和带的调蓄.这些离子在降雨期间随扩散流补给地下河,其浓度较为稳定,变异系数低.而全Fe、全Mn和Al3+等未经岩溶非饱和带的调蓄,在降雨期间随坡面漫流直接通过落水洞灌入地下河,其浓度极不稳定,变异系数高.农业活动和水土流失输入的物质严重威胁着岩溶地下水生态环境和当地居民的健康,因而有必要加强岩溶生态系统管理工作,从控制岩溶地下水外界物质输入端的源头抓起.     

底质粒度信息的空间分异与代表性: 以杭州湾舟山岛-金山卫断面为例

对杭州湾舟山岛-金山卫断面沉积物柱状样进行了高密度采样, 并用激光粒度仪进行了粒度分析. 结果显示, 在不同站位沉积物平均粒径具有不同的垂向分布. 由于该断面所在区域海底活动性强, 短时间尺度的活动层厚度的量级远高于长时间尺度的净沉积速率的量级, 平均粒径的垂向分布特征更多地反映了同一沉积环境中形成的不同类型沉积记录, 很难代表沉积环境的长时间尺度演化. 粉沙为主和沉积物粒径的垂向平均值随着厚度的增加而呈现收敛趋势的底质粒度特征, 说明物源因素控制着研究区总体的沉积物分布规律, 而水动力因素造成了一定程度的沉积分异. 沉积物的垂向分异使表层底质粒径的断面分布不同于活动层内垂向平均底质粒径的断面分布. 对于强潮、粉沙环境的沉积物输运模拟而言, 如果涉及的时间尺度较大, 则采用活动层的平均值作为模型的粒度参数较为合适.     

南京汤山石笋高分辨率氧-碳同位素记录对气候事件的快速响应

根据南京汤山石笋高分辨率氧－碳同位素分析结果，讨论了50－40kaBP期间4个Dansgaard-Oeschger冷暖旋回的洞穴温度和地表植被的快速响应过程。研究发现，D－O暖事件时C3型植被丰度降低，指示了大气有效降水量的减少。石笋氧同位素曲线与格陵兰冰芯对比表明，东亚季风气候在数十年至百年尺度上与高纬极地气修变化基本一致，但石笋对冰漂碎屑事件H5标定的年龄比格陵兰冰芯提前20ka，由于定年方法不同，目前尚难确定两者气候事件的相位问题。     

末次冰期以来全球陆地植被中C3/C4植物相对丰度时空变化基本特征及其可能的驱动机制

末次冰期以来的陆地植被中C3/C4植物相对丰度变化的主要驱动因素曾被广泛的争论,尽管越来越多的研究者认同气候因素,而不是大气CO2浓度,是最主要的驱动因素.但对于某一具体的研究区域而言,温度还是降水是最主要的驱动因素,仍存在不同的认识.由于具体的研究区域,温度和降水的变幅相对有限,且经常协同变化,因此从更广阔的空间尺度来对有关研究结果进行总结,或许可获得更清晰的认识.对全球末次冰期以来的C3/C4植物相对丰度变化记录进行梳理,发现其存在明显的规律性,即:除地中海式气候地区外;在高纬度地区,末次冰期以来,均以C3植物占绝对优势;在中纬度地区,末次冰期至全新世,C4植物相对丰度上升;而低纬度地区,末次冰期至全新世,C4植物相对丰度下降.结合现代过程研究结果,探讨了末次冰期以来陆地植被C3/C4植物相对丰度变化的驱动机制,认为在末次冰期以来的大气CO2浓度背景下,温度是C3/C4植物相对丰度的首要控制因素,温度条件满足之后,则水分条件成为主要控制因素.这些认识对于将来获得的更高分辨率的过去C3/C4植物相对丰度记录的气候环境信息解译,以及在可靠的温度和大气CO2浓度背景条件下,理解更长时间尺度的C3/C4植物相对丰度变化的驱动机制,均具有一定的意义.