论文摘要
本文采用仪器自动记录、野外长期人工监测、野外取样以及室内样品分析等相结合的方法,基本弄清了云南白水台钙华景区泉水、池水和人工渠道水的水化学、微量元素以及碳氧同位素变化的规律:对钙华池和人工渠道现代沉积的钙华碳氧同位素、白水台地区降雨量以及雨水的氧氘同位素进行了综合的分析;对钙华碳氧同位素所包含的环境温度、降雨信息应用于古环境重建进行了初步的讨论。对白水台钙华景区源头1号泉长期监测的数据分析,可以看出,白水台1号泉并不具备表层岩溶泉动态多变的特征,其水温较高且常年稳定,CO2分压达到70000ppmv以上,[Ca2+]和[HCO3-]分别大于190mg/L和720mg/L,这些为钙华的沉积提供了基本的化学背景条件。对比在白水台钙华景区池水和人工渠道水进行水温长期的监测数据发现:池水和渠道水都有非常明显的昼夜温差变化,说明池水和渠道水都受外界气温的影响。受流速和流量较小的影响,池水的昼夜温差比渠道水大12倍。由于水中二氧化碳的逸出白水台渠道水中CO2分压沿水流逐渐降低,pH升高,这使得水中的方解石达到过饱和,导致钙华沿途沉积,[Ca2+]和[HCO3-]降低（电导降低）。但水流到中下游后,CO2分压基本保持不变,并有下降趋势。这是钙华沉积达到一种新的平衡的结果。同样地,钙华景区池水也有相似的规律。进入雨季后,渠道水和主要由其补给的1～5号钙华池池水的Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-和Sr浓度都不同程度地被雨水稀释,而K+浓度则升高。特别是Sr元素,将其与降雨量进行线性拟合后,发现渠道水中Sr含量与降雨量有较好的负相关关系,从一定程度上反映了降雨量的大小。但对于泉水而言,泉水受降雨的影响并不大,有着稳定的水化学性质和微量元素组成。受泉水补给的影响,6～10号钙华池池水受降雨的影响也不是很大,相比1～5号钙华池池水而言变化幅度小。池水和渠道水除了受降雨的影响外,还具有空间变化规律。对于Sr元素而言,从上至下浓度依次减小。主要原因是在钙华沉积的过程中,微量元素Sr吸附于CaCO3表面。降雨的稀释作用不但对水中的元素有影响,同时也影响了水及其沉积的钙华的稳定同位素组成。通过实验室对雨水氧氘同位素的分析,作出了白水台地区的地区雨水线。相比全球雨水线,白水台地区的雨水线斜率为12.56和截距54.88,比全球雨水线的斜率8以及截距10.34大。通过对雨水中氘剩余值d的计算,表明雨季降雨效应来自季风带来的云团,而水体δ18O的蒸发效应不明显。分析发现,雨水的氧同位素与降雨量有着很好的负相关关系。随着雨季降雨量的增加,雨水的氧同位素将会降低,这也影响了补给源主要是雨水的渠道水和池水,使得渠道水和池水的氧同位素在雨季出现了减小,并且水中沉积的钙华也有着相似的变化规律,即钙华氧同位素与降雨量有着一定的线性负相关关系。除了氧同位素,碳同位素同样也有相似的变化规律。雨水的“稀释”作用使得水中和钙华中的碳同位素降低,并且钙华碳氧同位素的变化比较同步,有着较好的线性关系,反映了两者相似的控制机理。渠道水、池水和钙华稳定同位素除了有时间变化规律外,空间变化规律也相当明显。随着取样点从上游到下游,白水台渠道水和池水中沉积的钙华碳氧同位素都有增加的趋势。碳同位素增加的主要原因是由于含轻碳同位素的CO2从水中逸出,使水中相对富集重的碳同位素,而在钙华沉积的过程中,重的碳同位素又相对富积在钙华中,这就相当于重碳同位素在钙华中有两次富集。总之,水中的Sr元素和钙华中的氧同位素与降雨量的线性相关关系的发现,为下一步将钙华用于古气候环境重建提供了一定的理论和实验基础。然而要将这些相关关系应用到古环境重建中还需要做进一步的样品分析和数理统计分析。