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作为古气候重要记录载体之一的石笋,已经得到了第四纪地质学家的广泛认可和重视。随着铀系不平衡法定年技术的发展,在精确的时间标尺下,利用LA-ICP-MS、TIMS等大型仪器可以获取石笋高分辨率古气候记录,可以说定年技术的发展对于石笋古气候研究具有跨时代的意义。但是,在利用石笋进行古气候重建的过程中发现,不同研究区的洞穴环境存在着较大差异,同一洞穴不同石笋的古气候记录也有所差别。因此在利用石笋微量元素、同位素等气候替代指标重建古气候、古环境的过程中要谨慎小心。鉴于此,有必要长期开展对洞穴的现代监测工作,调查不同元素在迁移过程中表现出的不同地球化学行为,同时以土壤、围岩和滴水为研究对象,探讨“大气降水→土壤→围岩→滴水”过程中地球化学信号的传递以及滴水中不同元素对外界气候变化的响应。总之,现代洞穴监测的最终目的和意义在于服务石笋古气候、古环境研究。
本文从时间和空间两方面展开论述:
在时间上,开展对湖北清江和尚洞地区大气降水、洞穴温度、滴水速率、CO2、pH、EC、HCO3-、蒸发量等项目的野外监测,同时布置室内包括微量元素(Ca、MR、Ba、Sr、S)和同位素(87Sr/86Sr)的分析工作。最终将室内、外工作结合起来,探讨季节分辨率下滴水地球化学对外界气候的响应;在空间上,开展对和尚洞地区土壤、围岩及洞穴滴水的地球化学调查。讨论不同元素在以上三个介质中地球化学行为的差异,并讨论土壤和围岩对滴水中不同元素的贡献大小及其影响因素。
得到的两点认识:
(1)滴水中不同微量元素的含量及其元素比值随时间变化的规律不同,对气候的响应机制也有差异;滴水87Sr/86Sr在一个水文年内存在“双峰”变化,但变化幅度不大。在高分辨率、短时间尺度上,滴水87Sr/86Sr对外界气候的响应不够灵敏。
(2)滴水中不同元素的物质来源及其所占比例并不相同。Mg、Ba、Sr符合“土壤-围岩”二元物源模型,S符合“大气-土壤-围岩”三元物源混合。对于Mg,土壤、围岩对滴水的贡献近似相同;对于Ba和Sr,围岩的贡献大于土壤;对于S,除了土壤、围岩外,还受到大气沉降作用的影响。