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旅游洞穴系统中二氧化碳浓度变化及运移机制研究

作　者: 周超
导　师: 袁道先
学　校: 西南大学
专　业: 自然地理学
关键词: 二氧化碳浓度时空变化沉积作用人类活动影响重庆雪玉洞
分类号: P642.251
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着近些年极端气候、气象灾害的发生,国际社会对全球范围的气候变化日益关注。在肯定人类活动带来了全球范围二氧化碳浓度升高的同时,也有人质疑是否过度夸大了人类的作用而忽视了自然本身的变化。因此对于长时间尺度的气候变化记录研究以及在人类活动参与下的气候记录研究是解决这一问题的关键,但器测记录起步较晚,时间跨度不足,难于解决上述问题。研究洞穴沉积物等地质记录载体对于气候变化的记录具有重要意义,而洞穴作为岩溶区中可进入的表层岩溶带实验场,可在其中进行水-气-岩之间的作用关系研究,因此广泛受到关注。洞穴中的次生沉积物是良好的地质记录载体,洞穴次生沉积物的生长即为碳酸盐脱气沉积过程,二氧化碳的运移是这一过程发生的驱动力,因此对洞内二氧化碳在水-气间的运动的研究可以进一步了解石笋生长速率、元素分布与洞穴环境之间的关系,从而为进一步解释次生沉积物中的地质记录提供支持。旅游洞穴空气中的二氧化碳浓度受到地下河、滴水的脱气作用,洞穴与外界空气交换作用,以及旅游洞穴中的人类活动作用等因子影响,各个因子的影响程度不同致使洞穴空气二氧化碳浓度所表现出的变化规律也不相同。在不同的时间尺度上,表现出的变化规律差异性,说明了各个影响因子作用时间上的差别,长效作用因子(如洞内二氧化碳在水-气间的转移,即脱气作用和吸气作用)在季节尺度上控制洞穴二氧化碳浓度变化,短效因子(如人类旅游活动)在高精度尺度内控制洞穴二氧化碳浓度变化。而脱气作用的发生往往会伴随碳酸盐的沉淀,因此空气二氧化碳浓度的变化规律在次生沉积物的地质记录中会有相应的表现。本研究旨在从岩溶动力系统中的驱动因素二氧化碳入手,研究洞穴空气二氧化碳的变化规律及其在水-气之间的运移规律,从而分析空气二氧化碳与洞内水体间的相互作用关系和洞穴空气二氧化碳对沉积的影响。在前人研究的基础上,对洞内环境指标,滴水水化学以及地下河水文与水化学进行了一个水文年以上的监测。研究发现：(1)雪玉洞洞内二氧化碳浓度的变化在季节尺度上与大多数洞穴相符,受补给区生物活动的影响,体现出夏季高冬季低的趋势,人类活动影响表现不明显,但在短尺度范围内,人类活动的影响和洞穴的自净有明显的表现。因此对于洞穴空气二氧化碳浓度的观测,可进行在线连续监测以研究不同时间尺度之间的关系和验证各尺度表现出规律的代表性。(2)地下河的沉积状态并不能一概而论之,在讨论水气交换作用时,洞内空气二氧化碳的稳定来源为洞内水体脱气作用,同时也对洞内水体有反作用,因此地下河的脱气作用也受到上方空气影响,尤其在通气情况不好,各个河段上方空气浓度存在差异的情况下较为明显。雪玉洞地下河在上游偏向吸气作用,而下游偏向脱气作用。(3)洞内滴水由于取样点距洞顶的距离不同会造成脱气作用判断结果的不同,但二氧化碳分压冬季低夏季高的变化规律与地下河变化相似,同时由于滴水较之地下河有更小的体积,洞内空气对其影响远大于地下河,且调节作用较地下河差,滴率的变化与前人的氧同位素研究结论相符,能够反映出补给途径的差异。(4)雪玉洞内夏季较高的二氧化碳浓度是受到累积作用和人类活动的共同影响,地下河对洞内二氧化碳浓度具有平衡和缓冲的作用,夏季突变是由于人类活动与脱气作用共同作用造成的,而秋季进入冬季的突降,还需要进行进一步的研究。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
第1章绪论  9-13
  1.1 选题背景及意义  9-10
  1.2 研究现状  10-12
    1.2.1 对洞穴二氧化碳的研究  10-11
    1.2.2 旅游洞穴监测的研究  11-12
    1.2.3 前人对雪玉洞的研究  12
  1.3 科学问题的提出和研究内容  12-13
第2章研究区概况及研究方法  13-19
  2.1 研究区概况  13-16
  2.2 样品采集及实验方法  16-19
    2.2.1 取样点的设定  16
    2.2.2 野外分析方法  16-17
    2.2.3 实验室分析方法  17-19
第3章雪玉洞洞穴空气中的二氧化碳特征  19-27
  3.1 洞穴二氧化碳的时间变化  19-24
    3.1.1 季节变化特征  19-20
    3.1.2 周变化特征  20
    3.1.3 日变化特征  20-24
  3.2 洞穴二氧化碳的空间变化特征  24-25
  3.3 本章小结  25-27
第4章洞穴地下河的水气交换  27-37
  4.1 洞穴内地下河的二氧化碳运移规律  27-31
    4.1.1 地下河岩溶作用指标的季节变化及二氧化碳运动趋势分析  27-29
    4.1.2 "十一"期间夜间水气交互作用过程分析  29-30
    4.1.3 地下河在空间尺度上的水气交互作用过程分析  30-31
  4.2 洞内地下河的沉积作用  31-35
    4.2.1 方解石饱和指数(SIc)的季节变化与沉积作用  31-33
    4.2.2 "十一"期间的方解石饱和指数和Pco_2的变化  33-34
    4.2.3 地下河的水文地球化学  34-35
  4.3 本章小结  35-37
第5章滴水的水气交换  37-45
  5.1 洞穴滴水的SIc与Pco_2的季节变化  38-40
  5.2 洞穴滴水的沉积趋势分析  40-43
  5.3 滴水的碳同位素与沉积物同位素的变化与脱气作用  43-44
  5.4 本章小结  44-45
第6章结论与不足  45-49
  6.1 主要研究结论  45-46
  6.2 不足之处  46
  6.3 展望  46-49
参考文献  49-53
附录  53-65
致谢  65-67
个人简介  67

旅游洞穴系统中二氧化碳浓度变化及运移机制研究

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