碳循环与岩溶地质环境(袁道先,刘再华等著)思维导图

桂林峰丛洼地岩溶动力系统CO2特征及变化规律第26卷第5期2007年9月V o1.26No.5Sep.2007桂林峰丛洼地岩溶动力系统CO2特征及变化规律夏青,姜光辉,李科,申宏岗(1.中国地质科学院岩溶地质研究所,广西桂林541004;2.桂林工学院资源与环境工程系,广西桂林541004)摘要:桂林岩溶水文地质试验场属于典型的峰丛洼地地区.峰丛洼地表层岩溶动力系统与土壤CO密切相关,土壤CO体积分数以及表层岩溶带土壤C0.溶蚀量的变化受气温和降雨影响.对不同部位不同深度的土壤CO体积分数进行了野外监测,并利用多参数自动记录仪监测了泉水的水化学,揭示了CO.体积分数的变化规律.其变化特征表现为:①土壤CO体积分数的季节变化在泉水水化学上和土壤COz溶蚀量上均能反映出来;②土壤CO体积分数的变化具有季节?陛;~5ocm处的CO体积分数较2Ocm处大;④土壤层对泉水水化学起到重要调蓄作用.关键词:土壤CO体积分数;岩溶作用;峰丛洼地;表层岩溶动力系统中图分类号:P641文献标识码:A文章编号:1000.7849(2007)05—0079—04岩溶作用作为一种表层地质作用,其产生和运行离不开构成地球表层系统的岩石圈,大气圈,水圈和生物圈.从地球系统科学看,碳循环与CO一HO~CaCO.三相不平衡开放系统耦联,构成岩溶动力系统.岩溶作用是在岩溶动力系统中碳酸盐岩被溶蚀或沉积l[1].前人l[2.]在桂林岩溶动力系统野外监测站的研究成果中,论述了土壤,大气CO体积分数动态及其与岩溶作用的关系和岩溶水文地球化学动态等.早在2O世纪8O年代初,人们就已经注意到岩溶环境系统中土壤及其中CO的影响l[8].土壤空气中的CO为植物根系呼吸,微生物活动及大气扩散输入的混合].CO的体积分数受土壤的通气性,土壤生物化学过程的强度,气象条件及植被的影响.在不同的土壤结构,不同的植被条件下,土壤空气中的CO体积分数会有很大差别.近年来已有不少研究揭示土壤CO对岩溶作用起驱动作用川].1研究区概况研究区位于桂林市东南郊约8km的桂林岩溶水文地质试验场,观测站建于1986年.地貌上处于峰丛洼地和峰林平原的交界地带,面积约2km,属亚热带典型的岩溶石山地区,多年平均气温为18.8℃,年平均降雨量为1915mm,年平均蒸发量为1378.3mm,85以上的降雨集中在每年的4～8 月.峰林平原为地下水的排泄区,主要作为耕地.整个系统发育于上泥盆统融县组块状纯灰岩(D.r) 中,地层倾向东南,倾角5～1O..北北东向的主干断裂位于峰丛洼地西部边界,裂隙主要呈北东东向展布,它们控制了洼地的发育方向及岩溶地下水的流向.场区峰丛坡地有多处表生泉出露,并发育钙华.植被为灌丛,高度为12O～180cm,覆盖率为6O9/6～8O9/6L4].第四系主要是残坡积层,以灰褐,黄褐色砂质黏土为主,分布在西部峰林平原及峰丛洼地底部.土壤分布不均匀,厚度在O～5m间,土壤覆盖率约为3O.不同地貌部位的土壤类型及化学成分差别较大,靠近峰林平原一侧逐渐由褐色石灰土向砂质黏土过渡,而在峰丛洼地则主要分布褐色石灰土及腐殖层(图1).355305董255205一028*******II2OI400I680L/m囹1圃2圆3豳4图1试验场水文地质剖面Fig.1Hydrogeologicalsectionoftheexperimentalsite1.土壤覆盖层;2.表层岩溶泉;3.饱水带泉;4.石灰岩收稿日期:2007—01—16编辑:刘江霞基金项目:新一轮国土资源大调查项目(1212010634805)作者简介:夏青(1978一),女,现正攻读矿产普查与勘探专业硕士学位,主要从事水文地质学研究.nOamhy报情m技科耐a质eC地-cCS∞gOOeG80地质科技情报2研究方法土壤空气中CO体积分数的测量采用日本产的GASTEC8Ol抽气筒和GASTEC二氧化碳测管进行.测量前预先在土壤中的一定深度埋入CO集气管,测量时直接抽取集气管中的气体,在同一个洼地的垭口(指2个底部连接山峰之间的部位),山坡和洼地底部分别安装测量设备,且每个地点都测量2O cm和50cm两个深度的CO体积分数.在不同位置开挖土壤剖面,且在不同土壤深度(20cm和50cm)及距地面lm的空中安装石灰岩溶蚀试片,一段时间后挖出试片计算溶蚀量.使用德国产的GrensPan测量S3l泉水的水化学特征,并每月现场采用德国wTw公司生产的Multiline多参数自动监测仪测量泉水的电导,水温和pH值,用Ca抖和HCO;-试剂盒滴定水中Ca抖和HCOg的质量浓度,现场采集简分析样品.3土壤岩溶作用强度的变化研究区表层岩溶带溶蚀裂隙发育且较均匀,循环于该带的水一部分以表层岩溶泉的形式(如$25 泉,$54泉等)排泄于峰丛洼地中,并通过洼地中的落水洞进入下部包气带或饱水带(其中一部分通过蒸发返回大气);另一部分通过裂隙和管道直接与下部包气带或饱水带相连.最后,包气带或饱水带中的水主要通过峰林平原边界处的S3l泉等进行排泄(图2).图2桂林岩溶试验场水文地质平面图l_4Fig.2HydrogeologiealplanofGuilinkarstexperimentalsite[]1.洼地及其编号;2.山间小路;3.公路;4.峰丛洼地和峰林平原边界线;5.岩溶泉及其编号6.钻孔及其编号;7.断层;Q:第四系沉积物;D.r:上泥盆统融县组石灰岩3.1峰丛洼地不同部位土壤岩溶作用强度的变化碳酸盐岩溶蚀回收大气Co的关键是近地面CO的收集和水的动态监测口].据袁道先等]研究,岩溶洼地中不仅CO活动极为活跃,而且还能获得更多的降雨量.降雨强烈吸收大气COz,使岩溶水的pH值降低,进而溶蚀碳酸盐岩,活化岩石圈,回收CO.可是数据显示溶蚀量最大的为垭口5Ocm处,达到0.168rag/片,溶蚀量最小的为50cm处的洼地,为0.0044rag/片(图3).这可能是由于十几年的封山育林,使植被更加丰富,垭口地带更开阔,从而使垭口地带能获得更多的降雨量.土壤层下石灰岩试片的溶蚀量一般较空中的高,这与土壤层中生物呼吸作用产生大量COz气体(体积分数一般在3000×10一～n×10)有关,而大气中CO体积分数仅为350×10一.由此可见,由于土壤及其中大量CO的存在,极大地增强了岩溶作用的强度.不同深度溶蚀量的差异,主要与水流的溶蚀潜力和溶蚀过程有关.20cm处溶蚀量较50cm少,这是因为,虽然,在较深的部位,只有在降雨量较大时才有水流经过,发生溶蚀作用的机会相对较少;而且,大多数情况下,经过表层岩溶带的水流在渗入到下部包气带和饱水带之前往往已经接近饱和状态,溶蚀潜力较低,因此,深层溶蚀速度比表层岩溶带慢得多.但是,该研究20cm处CO浓度较50cm处低,这主要是因为表层土壤疏松,与大气连通性较好,虽然生物活动强烈,但土层密封性不佳,COz深度易向浓度低的大气扩散(图4).第5期夏青等:桂林峰丛洼地岩溶动力系统CO2特征及变化规律81 ,暑瑚】基建.r1.\目2005-11-06～2006-03-03;2oI5o2o15o2ol5o2ol5o垭口坡地洼地泉口空中土壤深度h/cm图3不同部位,不同深度,不同时间石灰岩溶蚀量变化图Fig.3Temporalchangeofthelimestonecorrosionrateindiffer entsiteanddepth—UB{掷酬萏刚苗枇i萏嚣22005.09I2005.10I2005.11I2005.12I2006.0112006.02I2006.o312~.04I2006.0sI2006. od2006—07I2006一O1日期图4不同部位,不同深度CO体积分数对比图Fig.4CO2concentrationindifferentsitesanddepths3.2峰丛洼地土壤岩溶作用强度的季节性变化已测得桂林岩溶试验场土壤COz的碳稳定同位素组成平均为(¨C)一一23%0,可见土壤C0z主要与生物作用有关.].生物作用包括植物的光合作用和呼吸作用,以及动物和微生物的分解作用等--,这些作用明显受光照,温度和湿度等的影响,其综合结果是冬季的生物作用明显弱于夏季,这便是冬季土壤CO体积分数远小于夏季的直接原因.在石灰岩试片溶蚀量最大的垭口,CO体积分数分别为4800×10以及4000×10～.土壤表层(一50cm及一2Ocm)的CO体积分数呈明显的季节性变化,7月出现体积分数高值,1月体积分数较小(图4).这主要是由于气温,湿度的季节性差异而导致生物活动性(包括植被生长)变化造成的.3.3土壤CO:体积分数与表层岩溶泉水化学特征的关系土壤CO体积分数的季节性变化明显,导致其溶蚀作用的季节性差异,这在与地表土壤密切相关的表层岩溶泉也得到反映.具体表现为溶蚀作用与COz呈明显的正相关.在$31号泉,虽然夏季有雨水的冲淡作用,但硬度仍明显高于冬季,在6～7月出现峰值,而水中pH值的变化趋势则是夏季偏低,冬季偏高,由于仪器的原因,仅在5月和12月出现异常(图5).9000}-//\\}.24ot/,75or\肆\—一一——一二二===.二图5$31泉水水化学变化Fig.5Hydrogeologicaltemporalchangeof$31随着土壤CO.体积分数的季节性变化,地下水中的Ca抖和HCo质量浓度也呈现出季节性变化.土壤CO.体积分数愈高,地下水中的Ca和HCo质量浓度也愈高.反之,土壤CO体积分数愈低,地下水中的Ca和HCO;质量浓度也愈低.这些均反映土壤中的CO对岩溶具有驱动作用.4结论(1)土壤CO体积分数的变化具有季节性,与土壤CO溶蚀量的变化具有一致性,是气候(气温, Hm∞%OL●●r卜L●rL●[rL●●[¨¨;号一巨)/(u一..f0呈\OOOOOOO∞"如加如82地质科技情报2007生降雨等)的季节性变化引起的.(2)表层岩溶动力系统受气候和土壤C0的影晌非常明显,系统的变化也具有季节性,系统运行强度的季节性变化表现为:春季,夏季活跃,秋季,冬季沉寂.系统碳转移能力的季节性变化表现为由冬季到夏季逐渐增强.(3)土壤表层(一50cm)C0体积分数呈明显的季节性变化,即6～1O月出现体积分数高值,11～12月和次年1～5月体积分数较低.这主要是因为气温,湿度的季节性差异导致生物活动性(包括植被生长)变化造成的.(4)观测结果显示C0.浓度峰值和泉水硬度峰值分别出现在8月和6月,泉水硬度峰值提前CO.浓度峰值近两个月.这一现象表明,土壤层对泉域系统的水化学理应起到调蓄作用,但是在该研究中没有得到体现,使其水化学特征不具有环境系统属陛.参考文献:?[1]袁道先.现代岩溶学和全球变化[J].地学前缘,1997,4(1-2): 17—24.[2]刘再华,袁道先.中国典型表层岩溶动力系统的地球化学动态特征及其环境意义[J].地质论评,2000,46(3):324—327.[3]曹建华,潘根兴,袁道先,等.桂林岩溶洼地生态系统中大气CO2动态及环境意义口].地质论评,1999,45(1):105—1】1. [4]袁道先,戴爱德,蔡五田,等.中国南方裸露型岩溶峰丛山区岩溶水系统及其数学模型的研究[M].南宁:广西师范大学出版社,1996.[5]何师意.徐胜友,张美良.岩溶土壤中COz体积分数,水化学观测及其与岩溶作用关系[J].中国岩溶,1997,16(4):319—323. [6]刘再华,何师意,袁道先,等.土壤中的CO2及其对岩溶作用的驱动[J].水文地质工程地质,1998,25(4):42—45.[7]刘再华,GrovesC,袁道先.水一岩一气相互作用引起的水化学动态变化研究——以桂林岩溶试验场为例[J].水文地质工程地质,2003,30(4):13—18.[8]袁道先.中国岩溶学[M].北京:地质出版社,1993.r9]FritzP.MozetoAA,ReardonEJ.Practicalconsiderationoncar—bonisotopestudiesonsoilcarbondio~de[J].ChemicalGeology: IsotopeGEOSCIENCESECTION,1985,58:89—95.[10]俞锦标,李春华,赵培道,等.贵州普定县岩溶地区土壤空气中C02含量分布及溶蚀作用的研究[J].中国岩溶.1985,4(4):325～331.[11]刘再华.桂林岩溶水文地质试验场岩溶水文地球化学的研究[J].中国岩溶,1992,11(3):209—217.[12]PanGenxing,TaoYuxiang,SunYuhua,eta1.Somefeature ofcarboncyclesinkarstsystemandtheimplicationforepikarstification[J].Chin.J.Geog.,1997,7(3):58—63.[13]李林立,高波,蒋勇军,不同土地覆被下岩溶表层系统CO2体积分数研究[J].生态环境,2004,13(3):338—341.[14]李林立,况明生,张远瞩.典型表层岩溶泉水短时间尺度动态变化规律[J].水科学进展.2006,17(2):222～226.[15]李林立,高波,蒋勇军,重庆金佛山岩溶区表层岩溶生态系统C02浓度分析[J].热带地理,2004,12(4):326—331.[】6]李林立,向颢,况明生,重庆金佛山表层岩溶生态系统土壤的CO2释放规律EJ3.地球,2006,27(4):329—334.FeaturesofCO2Epi—KarstDynamicSystemandSeasonalChangeinPeak-ClusterDepressionArea,GuilinXIAQing,JIANGGuang—hui,LIKe,SHENHong—gang(1.InstituteofKarstGeology,CAGS,GuilinGuangxi541004,China;2.DepartmentofReso urceandEnvironmentalEngineering,GuilinUniversityofTechnology,GuilinGuangxi541004,Chi na)Abstract:AfixedpositionobservationhasbeencarriedoutinGuilinexperimentalsite.Ithasb eenfoundthateDi—karstdynamicsystemisrelatedcloselywithCO2contentinsoilandthattemperatureandrainf alldominatetheseasonalchangeofCO2contentinsoil.TheobservationoftheCO2concentratio nandhydro—geologicaltemporalchangeindifferentsitesanddepthsindicates:①TheseasonalchangeinsoilCO2con—centrationcanbereflectedfromthehydrochemistryofspringandsoilwater;②TheintensityofcorrosionchangeswithsoilCO2concentration;③SoilCO2islargerin50cmthanin20cm;④Thekarstdynamicprocessesintheepi—karstzonearesensitivetoenvironmentalchanges,andhencecanprovideenvironmen—talinformationinashorttimescale.Keywords:soilCO2;karstprocess;peak—clusterdepression;epi—karstdynamicsystem。

思维导图做成的《三大岩》知识点大全，地学考试复习这篇就够了岩浆岩基本概念岩浆：形成于上地幔或地壳，以硅酸盐为主要成分的，炽热、粘稠、富含有挥发物质的高温熔融体。

岩浆作用：地球内部的物质经过部分熔融、熔体汇聚，并通过岩浆通道向上迁移，直到侵入在地表以下或者喷出地表的全过程。

岩浆岩：岩浆形成后由于温度降低而冷却固结形成的岩石。

分为喷出岩（火山岩）和侵入岩。

矿物成分组成岩石的矿物的结晶程度、颗粒大小、自形程度和矿物之间（包括玻璃）的相互关系。

结构岩石中不同矿物集合体之间或矿物集合体与其它组成部分之间的排列、充填方式等。

构造岩体的形态、大小，和围岩的接触关系，形成时所处的构造环境，以及距离当时地表的深度。

侵入岩产状侵入岩产状岩浆岩分类超基性岩基性岩注意：辉长结构和辉绿结构的区别。

中性岩注意：安山结构和粗面结构的区别。

酸性岩火山碎屑岩由火山作用产生的各种火山碎屑物，经堆积、胶结、压紧或熔结而成的岩石。

火山碎屑岩沉积岩基本概念沉积岩：常温常压条件下，由风化产物、深部来源物质、有机物质及少量宇宙物质经搬运、沉积和成岩等一系列地质作用而形成的层状岩石。

（地表和地表下不太深的地方形成的地质体）风化作用：地壳表层的岩石，在水、空气、太阳能以及生物的作用和影响下，发生机械破碎和化学变化的作用。

沉积分异作用：母岩的风化产物在搬运过程中，因其各自的性质不同，在外界条件的影响下按一定次序分别沉积下来的现象。

成岩作用：由松散沉积物变为沉积岩的作用。

矿物成分矿物成分结构沉积岩组成物质的形状、大小和结晶程度。

分为：碎屑结构、泥质结构、化学结构、生物结构构造沉积岩在沉积过程中，或在沉积岩形成后的各种作用影响下，使其各种物质成分形成特有的空间分布和排列方式。

构造层理构造由沉积物的成分、结构、颜色及颗粒形状等沿垂向的变化而显示出来的成层现象。

层理构造层面构造在沉积岩层面上常保留有自然作用产生的一些痕迹。

层面构造变形构造沉积物沉积同时或稍后，沉积物仍处于塑性状态下变形形成的构造。

黄龙核心景区水环境动态特征及钙华沉积能力分析刘馨泽 1，张清明 2，孙　东 1，唐　淑 2，田长宝 2，黄何平 2，周亚萍 1，熊雨霞 1，梁馨予 1，范家君 1，范　鸣 1，陈洪伟1（1. 四川省地质环境调查研究中心, 四川 成都 610081；2. 黄龙国家级风景名胜区管理局, 四川 松潘 623300）摘　要：为有效地评估四川黄龙核心景区水体水化学环境、钙华沉积能力，及时掌握景区水体水化学场的变化特征，采用野外实地调查、水质监测等方法，分析转花池泉群的水环境特征，黄龙核心景区的钙华沉积能力及其水环境状况。

研究结果表明：①转花池泉群是提供区内钙华沉积的主要钙源和碳源，与黄龙后沟地表水一同构成驱动区内钙华景观发育演化的水源；黄龙沟和转花池泉群的水量补给来源主体分别为降雨和冰雪融水。

②1999年以来，转花池泉群流量总体稳中有增，水质极为稳定，近30年来历史最大水量出现在2020年，1999—2017年转花池多年日平均水量为7 817 m 3·d −1，2018—2020年多年日平均流量为9 368 m 3·d −1。

③2018年转花池一带出现线状TOC 异常带，主要原因是黄龙沟上游三道坪至头道坪一带的放牧活动造成钙华沉积速率下降，因此，建议加强对钙华源泉涵养区的保护，减少放牧活动对其的影响。

④区内各水循环段的景观水仍具备一定的沉积能力，2019年SIc 值下降，与强降雨的稀释作用有关，从而降低了钙华沉积能力。

关键词：水环境特征；钙华沉积能力；黄龙景区；水质监测中图分类号：P931.5 文献标识码：A 文章编号: 1001 − 4810 （ 2023 ） 06 − 1149 − 12开放科学 （ 资源服务 ） 标识码 （ OSID ）：0 引　言黄龙景区位于四川省阿坝藏族羌族自治州松潘县东部，以钙华沉积地貌及附属的水体景观为主要特色，为典型的高原冷水钙华景观区，是著名的世界自然遗产地。

短时间尺度下岩溶泉碳汇效应研究:以重庆金佛山水房泉为例查小森1，谢世友1.2，李林立1，2，3【摘 要】[摘 要] 通过对金佛山水房泉的离子含量、电导率、水位等参数进行监测，采用水化学—流量法计算出水房泉一个完整水文年的月碳汇通量。

结果显示，水房泉雨季碳汇通量远大于旱季，碳汇通量最大值出现在7月，最小值出现在1月。

月碳汇通量与月降雨量和月径流量之间存在很好的同步关系。

水房泉HCO3－的含量受温度、降雨、流量以及表层土壤CO2等因素综合影响，且月碳汇通量的最值与HCO3－含量的最值在时间上存在很大的差异。

降雨量是控制岩溶地下水碳汇通量的绝对主导因素。

相比于年尺度下大流域的碳汇估算，短时间尺度下小流域的碳汇计算更加准确。

另外，分析地下水流量、气候变化等因素对岩溶碳汇的影响，对于水化学—流量法的准确运用以及岩溶碳汇机制的深入研究也有十分重要的意义。

【期刊名称】地下水【年(卷),期】2015(000)002【总页数】4【关键词】[关键词] 岩溶泉;碳汇效应;碳汇通量;水化学;流量法大气CO2浓度的上升所带来的全球气候变暖问题，越来越受到国际学术界关注。

碳减排面临的压力越来越大，除开发新能源与节能技术、大规模植树造林等外，寻找可干预的碳减排途径也变得越来越重要[1]。

随着研究的深入，袁道先院士提出了岩溶作用存在碳汇效应的观点，即碳酸盐岩溶蚀消耗大气 CO2，是一种潜在的大气 CO2汇[2]。

国内外研究结果也表明，表层岩溶系统在生物参与下积极参与全球碳循环，吸碳量占“遗漏的汇”可达到 20%[3]。

因此，表层岩溶系统的吸碳和放碳是自然界碳循环的重要组成部分，是“遗漏的汇”的一部分。

岩溶系统碳汇通量的研究，对未知项的探索及全球碳循环模型的修正都有重要意义[4]。

由于地表水系流域和地下水系流域不一致，雨水、地表水和地下水相互转换速度快，岩溶水在系统中的循环一般比较复杂，大气降水是其主要补给来源，部分岩溶地下水系统存在外源水的补给[5]。