金華北山洞穴水地球化學(xué)變化特征及氣候指示意義

龐 征,王天陽(yáng),李鳳全,葉 瑋

(浙江師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,浙江 金華 321004)

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金華北山洞穴水地球化學(xué)變化特征及氣候指示意義

龐 征,王天陽(yáng),李鳳全,葉 瑋

(浙江師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,浙江 金華 321004)

為揭示洞穴水地球化學(xué)變化特征及其氣候指示意義，從2014年5月到2015年4月對(duì)金華北山雙龍洞和二仙洞洞穴水進(jìn)行了連續(xù)12個(gè)月的觀測(cè)分析，并結(jié)合當(dāng)?shù)貧鉁睾徒涤陻?shù)據(jù)，得到以下結(jié)果：(1)由于受上覆巖土作用、植被、運(yùn)移路徑等因素的影響，不同滴水點(diǎn)的離子濃度變化有所差異，常年性滴水點(diǎn)(除Ca2+外)陽(yáng)離子平均濃度均大于季節(jié)性滴水點(diǎn)、瀑布水和池水；(2)金華北山洞穴水的Ca2+，Mg2+，Ba2+，Sr2+濃度變化具有明顯的季節(jié)變化特征，總體上呈現(xiàn)出雨季高、旱季低的特點(diǎn)，5—8月和次年1—4月隨著降雨量的增多而升高，9—12月由于外界降雨少而處于較高的值，外界干濕是影響陽(yáng)離子濃度變化的主要因素；(3)洞穴水中Mg/Ca比值對(duì)外界干濕有指示意義，但也受氣溫的影響；而Sr/Ca，Ba/Ca比值除了受降雨影響，還受其他因素的影響。

洞穴水; 離子濃度; 元素比值; 氣候指示

洞穴次生化學(xué)沉積物特別是石筍，由于分布范圍廣、易于采樣、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)成為研究古環(huán)境、古氣候變化的重要載體。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在利用石筍重建古氣候方面取得了很多重要成果，但是研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，替代性指標(biāo)所含信息與外界環(huán)境變化具有不一致性，同一指標(biāo)具有多解性，因此需要在現(xiàn)代環(huán)境條件下對(duì)洞穴次生化學(xué)沉積物的替代性指標(biāo)所含環(huán)境信息進(jìn)行校正，以便更精確解譯洞穴次生沉積物中所包含的環(huán)境信息[1-3]。洞穴滴水是形成洞穴次生化學(xué)沉積物的母液，是環(huán)境信息的攜帶者和傳遞者，在運(yùn)移的過(guò)程中受到洞穴頂板、上覆植被等因素的影響，使攜帶的環(huán)境信息發(fā)生了改變，從而影響了洞穴次生化學(xué)沉積物所攜帶的外界環(huán)境信息。對(duì)滴水的環(huán)境信息傳遞過(guò)程進(jìn)行研究，是精確解譯洞穴次生化學(xué)沉積物中所記錄氣候信息的重要基礎(chǔ)。

滴水的化學(xué)變化能夠靈敏反映洞穴環(huán)境和外部環(huán)境的變化，而這些環(huán)境信息最終會(huì)傳輸?shù)蕉囱ɑ瘜W(xué)沉積物并被保存下來(lái)[4]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)很多學(xué)者對(duì)洞穴水的地球化學(xué)變化特征做了許多研究，取得了重要成果：如周運(yùn)超等[5-6]在貴州涼風(fēng)洞、犀牛洞的研究發(fā)現(xiàn)，洞穴滴水的化學(xué)組成有明顯的季節(jié)變化特征，其變化主要受水運(yùn)移過(guò)程中水—土、水—巖作用導(dǎo)致的方解石溶解—沉淀過(guò)程所控制，稀釋作用、水來(lái)源的差異及活塞流也對(duì)滴水的地球化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生了一定的干擾。王新中等[7]通過(guò)對(duì)北京石花洞滴水地球化學(xué)的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)滴水中Mg/Ca比值旱季低而雨季高，對(duì)降雨有指示意義；但李珊英[8]卻指出滴水Mg/Ca比值具有雨季低而旱季高的變化特征，分析方解石先期沉積作用(PCP)可能是主要控制因素。而李彬等[9]則認(rèn)為當(dāng)大氣環(huán)流未發(fā)生顯著變化和巖溶水文地質(zhì)條件相似時(shí)，Mg/Ca，Mg/Sr比值主要取決于環(huán)境氣溫變化；當(dāng)大氣環(huán)流發(fā)生顯著變化時(shí)，Mg/Ca，Mg/Sr比值主要取決于降雨條件的變化?？梢?，雖然滴水化學(xué)組成可以指示洞外環(huán)境的變化，但由于滴水來(lái)源的多樣性和傳輸過(guò)程的復(fù)雜性，可能會(huì)導(dǎo)致在解譯元素所記錄的環(huán)境信息時(shí)存在不確定性和多解性。

目前國(guó)內(nèi)關(guān)于洞穴水中的地球化學(xué)的研究，多集中于西南地區(qū)，而浙江省在利用碳酸鹽次生沉積物解譯古環(huán)境信息方面的研究還較缺乏，洞穴水的地球化學(xué)季節(jié)變化及環(huán)境指示意義方面基本處于空白狀態(tài)，僅王學(xué)燁等[10]對(duì)北山洞穴水的理化性質(zhì)做了初步研究。浙江省位于我國(guó)華東沿海地區(qū)，為典型的中亞熱帶季風(fēng)氣候，處于海陸過(guò)渡帶，與同緯度的內(nèi)陸季風(fēng)區(qū)相比，其自然環(huán)境具有強(qiáng)烈的過(guò)渡性和不穩(wěn)定性，是研究古氣候變化的理想地區(qū)。本文在前人研究的基礎(chǔ)上對(duì)金華北山雙龍洞和二仙洞利用ICP-MS對(duì)金華北山洞穴水常、微量元素進(jìn)行連續(xù)1年多的觀測(cè)，并結(jié)合當(dāng)?shù)貧鉁睾徒涤陻?shù)據(jù)，揭示北山洞穴水地球化學(xué)變化與氣候變化的響應(yīng)關(guān)系，為正確解譯碳酸鹽化學(xué)次生沉積物中替代性指標(biāo)的氣候意義奠定基礎(chǔ)。

1　研究區(qū)概況

金華北山溶洞群(29°12′19″N，119°37′10″E)位于浙中丘陵盆地和浙西中山丘陵交接部的金華山山地上，屬龍門山脈，以棲霞組燧石灰?guī)r夾粉砂巖、船山組厚層純灰?guī)r和頁(yè)巖為物質(zhì)基礎(chǔ)[11]。該地區(qū)四季分明，熱量充足，雨量豐沛，為典型的中亞熱帶季風(fēng)氣候。夏季受東南季風(fēng)影響顯著，冬季易受冬季風(fēng)影響。金華地區(qū)年均溫約18℃，1月平均氣溫為4.8℃，7月平均氣溫為29℃，多年平均降雨量1 414.3 mm，但季節(jié)分配不均勻，一般春季和6—7月的梅雨季節(jié)降雨豐沛，3—6月降雨量約占全年降雨量的53.8%，而7月、8月多為伏旱天氣，秋冬降雨亦較少。

本文選取金華北山溶洞群的二仙洞和雙龍洞為研究對(duì)象。其中，雙龍洞是北山開發(fā)較早的水平型溶洞之一，由內(nèi)外兩個(gè)大廳及龍耳支洞組成，其洞口向內(nèi)朝東95°，向外朝西275°，洞口高程達(dá)375 m。外洞較寬敞，洞頂似穹窿，洞底較平坦，面積約1 200 m2。內(nèi)外大廳相距5 m，由狹窄的地下河溝通，河長(zhǎng)約15 m，寬約3 m。地下河流經(jīng)內(nèi)大廳北側(cè)洞底。雙龍洞主要的地質(zhì)遺跡有石鐘乳、邊石壩、天生橋和穿洞等。二仙洞洞口高程約395 m，由3個(gè)大廳和1個(gè)小廳組成，為長(zhǎng)廊型溶洞，總面積約2 000 m2。該溶洞內(nèi)的沉積物主要為一些滴石、流石，形態(tài)規(guī)模均較小，許多還在生長(zhǎng)中，且洞頂和灰?guī)r巖壁上生長(zhǎng)有少量鵝管和卷曲石花。

2　研究方法

2.1樣品采集與測(cè)定

為了研究洞穴水化學(xué)組成的時(shí)空變異特征，在結(jié)合雙龍洞和二仙洞的具體環(huán)境的基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮到對(duì)環(huán)境的響應(yīng)，本文選取了離洞口相對(duì)較遠(yuǎn)，滴水量較大的8個(gè)采樣點(diǎn)(圖1)，各采樣點(diǎn)基本情況見表1。其中雙龍洞4個(gè)(Sld1，Sld2，Sld4，Sld5)，二仙洞4個(gè)(Exd1，Exd2，Exd3，Exd4)。每個(gè)月上旬和下旬各采樣1次，暴雨時(shí)期適當(dāng)進(jìn)行加密。期間也收集了3次雨水進(jìn)行對(duì)比研究。監(jiān)測(cè)時(shí)間從2014年5月到2015年4月。

用純水清洗干凈的100 ml聚乙烯瓶放在采樣點(diǎn)正下方滴取樣品，每瓶裝滿水不留空氣，并在每瓶加入3～5滴1∶1的HNO3酸化(保證陽(yáng)離子的活性)，貼上標(biāo)簽，密封帶回實(shí)驗(yàn)室。在浙江師范大學(xué)地理與過(guò)程實(shí)驗(yàn)室用PerkinElmer公司生產(chǎn)的電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS，NEXion 300X)測(cè)定水樣中的陽(yáng)離子濃度[12]，檢出限均優(yōu)于0.001 mg/L，方法相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差優(yōu)于2%。

2.2數(shù)據(jù)處理與分析

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均以Excel電子表格的形式進(jìn)行儲(chǔ)存和處理，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算和數(shù)據(jù)分析。各采樣點(diǎn)的陽(yáng)離子濃度在Excel中進(jìn)行有效數(shù)字處理和計(jì)算平均值。采樣點(diǎn)示意圖利用ArcGIS 10軟件進(jìn)行繪制，箱圖用OriginLab OriginPro v8.0 SR5進(jìn)行繪制，雙坐標(biāo)軸柱狀圖和折線圖在OriginLab OriginPro v8.0 SR5中采用多個(gè)圖層進(jìn)行疊加繪制。

3　結(jié)果與分析

3.1洞穴水Ca2+，Mg2+，Ba2+，Sr2+濃度變化特征

對(duì)8個(gè)采樣點(diǎn)Ca2+，Mg2+，Ba2+，Sr2+濃度的分析得出，不同點(diǎn)巖溶水陽(yáng)離子濃度變化有所差異(圖2)。Ca2+為洞穴水化學(xué)成分中的主要陽(yáng)離子，其濃度變化范圍為26.2～273.7 mg/L，常年滴水點(diǎn)Exd3(53.1～127 mg/L)變幅最小，而季節(jié)性滴水點(diǎn)Sld2(49.1～273.6 mg/L)變幅最大。比較分析可知，常年性滴水點(diǎn)Sld1，Exd1，Exd3的Ca2+平均濃度均大于季節(jié)性滴水點(diǎn)Exd2以及池水Exd4，瀑布水Sld5和巖溶裂隙水Sld4。其中，Sld1點(diǎn)平均濃度最大為153.2 mg/L，Sld4點(diǎn)Ca2+濃度最小為75.7 mg/L。

圖1　雙龍洞和二仙洞采樣點(diǎn)示意圖

采樣點(diǎn)采樣點(diǎn)名稱水樣類型水文特征描述Sld1鐵柵欄西側(cè)常年性滴水對(duì)外界降雨響應(yīng)較快,降雨停止后逐漸減少Sld2仙人帳處季節(jié)性滴水對(duì)降雨響應(yīng)快,滴水量大降雨停止后很快減少,在干旱月份沒(méi)有滴水Sld4冰壺洞口巖溶裂隙水水量季節(jié)變化明顯Sld5母子瀑布瀑布水水量有明顯的季節(jié)變化Exd1大仙梯田常年性滴水對(duì)外界降雨響應(yīng)不敏感,滴水量變化不大Exd2眾仙赴會(huì)季節(jié)性滴水降雨較多時(shí)呈線性滴水,干旱季基本滴水停止,但上方石鐘乳常年保持濕潤(rùn)狀態(tài)Exd3水晶宮殿處常年性滴水對(duì)降雨響應(yīng)不敏感,干旱季節(jié)滴水也較快,下方有現(xiàn)代碳酸鹽化學(xué)次生沉積物生成Exd4大仙梯田池水降雨多的季節(jié)池水較多,而干旱季節(jié)池水較少,流動(dòng)性差

圖2　北山洞穴水Ca2+，Mg2+，Ba2+，Sr2+濃度變化范圍

觀測(cè)期間，各采樣點(diǎn)Mg2+濃度值的變化幅度為1.1～12.6 mg/L，其中，季節(jié)性滴水點(diǎn)Sld2變幅最小(1.1～3.5 mg/L)，而巖溶裂隙水Sld4變幅最大(1.4～12.6 mg/L)。相比較而言，常年性滴水點(diǎn)Sld1(1.6～6.8 mg/L)、Exd1(3.3～10.3 mg/L)和Exd3(4.6～12.6 mg/L)的變幅均大于季節(jié)性滴水點(diǎn)Sld2(1.1～3.5 mg/L)和瀑布水Sld5(1.5～6.6 mg/L)，且常年性滴水點(diǎn)Sld1，Exd1和Exd3平均濃度要大于季節(jié)性滴水點(diǎn)Sld2以及巖溶裂隙水Sld4。

各采樣點(diǎn)Sr2+濃度的變化幅度相對(duì)Ca2+和Mg2+都小，但不同采樣點(diǎn)濃度變化范圍和平均值也有所差異。常年性滴水點(diǎn)Sld1，Exd1和Exd3平均濃度均比瀑布水、季節(jié)性滴水點(diǎn)要高，而池水Exd4的平均濃度值相對(duì)于其上方滴水點(diǎn)Exd1平均濃度高0.012 mg/L，這與池水中Sr2+常年的累積有關(guān)。

各采樣點(diǎn)Ba2+平均濃度值和分布范圍變化不大，變化差異較小，這說(shuō)明Ba2+有一個(gè)較為穩(wěn)定來(lái)源，受巖溶水的運(yùn)移過(guò)程影響作用小。

周福莉等[13]對(duì)芙蓉洞的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，洞穴內(nèi)不同分布位置的滴水，其地球化學(xué)指標(biāo)空間差異主要受到各點(diǎn)的滲流通道、流經(jīng)途徑以及上覆基巖及土壤成分等差異的影響。周長(zhǎng)春等[14]對(duì)山東九天洞研究也發(fā)現(xiàn)受洞頂巖石及裂隙性質(zhì)的影響，不同滴水點(diǎn)對(duì)降雨的響應(yīng)速度不同，會(huì)對(duì)滴水的地球化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生影響。金華北山洞穴水Ca2+，Mg2+和Sr2+濃度有明顯的空間差異，總體上表現(xiàn)為，常年性滴水點(diǎn)的平均濃度值較季節(jié)性滴水點(diǎn)、池水、瀑布水和巖溶裂隙水高，這可能是受運(yùn)移路徑和洞穴頂板的影響所致。

3.2Ca2+，Mg2+，Ba2+，Sr2+濃度季節(jié)變化特征及與氣溫、降水的關(guān)系

洞穴滴水中各種微量元素主要來(lái)源于洞穴上方土壤和洞頂基巖。滴水中Ca2+，Mg2+，Sr2+，Ba2+等微量元素離子濃度與各元素離子性質(zhì)、水—土—巖相互作用時(shí)間以及巖溶水對(duì)土壤和基巖的溶蝕能力等因素有關(guān)[12,15]。為探究北山洞穴水地球化學(xué)性質(zhì)對(duì)外界氣候的響應(yīng)，本文將北山洞穴水陽(yáng)離子濃度變化與氣溫、降雨量變化進(jìn)行對(duì)照分析(圖3)。

金華北山洞穴水中各點(diǎn)Ca2+濃度有明顯的季節(jié)變化，總體趨勢(shì)是在5—8月份和次年1—4月份隨著降雨量的增加而增大，而在降雨較少的9—12月份Ca2+濃度較降雨較多5—8月份和次年1—4月份高。在5—8月份和次年1—4月份金華地區(qū)的氣溫升高，降水量增加，濕熱的地表使巖溶水中CO2濃度升高，溶蝕能力增強(qiáng)，使洞穴滴水中Ca2+濃度增大，Ca2+濃度在8月份達(dá)到了一個(gè)峰值[16-17]。地下水在基巖溶蝕過(guò)程中的滯留時(shí)間是巖溶水化學(xué)組成變化的重要影響因子。金華北山洞穴水中Ca2+濃度降雨較少的9—12月份較降雨較多5—8月份和次年1—4月份高，在降雨較少的9—12月份，降水較少巖溶水與基巖相互作用時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，使得Ca2+的濃度較高[18]。

圖3　北山洞穴水Ca2+，Mg2+，Ba2+，Sr2+濃度季節(jié)變化

洞穴滴水中Mg2+含量主要受土壤和基巖的組成與性質(zhì)、水—土—巖相互作用時(shí)間、巖溶的溶解能力和運(yùn)移路徑等因素的影響[19]。Mg2+濃度大小與巖溶水在含水層中的停留時(shí)間呈正相關(guān)[20]，金華北山洞穴Mg2+濃度呈現(xiàn)出5—8月份和次年1—4月份比9—12月份高的特點(diǎn)，這主要因?yàn)?—12月份降雨少巖溶水與基巖作用時(shí)間變長(zhǎng)，而降雨多的月份雨水的稀釋作用明顯，因此在9—12月份Mg2+濃度較高。譚明等[21]研究發(fā)現(xiàn)，降雨初期滴水Mg2+濃度的升高很可能是由于發(fā)生“活塞效應(yīng)”，使得滴水中Mg2+濃度的增大。Mg2+濃度在降雨量較多5—8月份和次年1—4月份總體上呈增高趨勢(shì)，這主要因?yàn)檫@些月份降雨量增多，對(duì)上覆土壤和基巖的淋溶作用增強(qiáng)。

洞穴滴水中Sr2+，Ba2+含量主要來(lái)自于洞穴上方地表覆蓋的土壤及碎屑物，Ba元素很容易被土壤中高價(jià)陽(yáng)離子選擇性地吸附，被認(rèn)為是土壤中不活動(dòng)的元素之一[22]。植被發(fā)育越好土壤中微生物的活動(dòng)及風(fēng)化作用就會(huì)越強(qiáng)烈，溶解在下滲水中的Sr2+，Ba2+含量就越高[23]。5—8月份Sr2+，Ba2+有明顯的升高，這主要是因?yàn)?—8月份地表濕熱，生物活動(dòng)作用強(qiáng)，分解土壤中的Sr2+，Ba2+增加。周運(yùn)超等[24]在七星洞研究發(fā)現(xiàn)各種離子含量的變化主要受巖溶水溶蝕能力的大小與運(yùn)移路徑的長(zhǎng)短、運(yùn)移時(shí)間等因素的影響。北山洞穴水Sr2+，Ba2+濃度在降雨較少的9—12月份較降雨多的5—8月份和次年1—4月份均高，這主要由于降雨少的月份水的重力作用較小，運(yùn)移速度減慢，與頂板作用時(shí)間長(zhǎng)，而降雨多的月份雨水的稀釋作用也會(huì)對(duì)Sr2+，Ba2+濃度產(chǎn)生影響，使Sr2+，Ba2+呈現(xiàn)出雨季低、旱季高。

3.3洞穴水元素比變化特征及環(huán)境指示意義

Mg/Ca比值的變化取決于巖溶系統(tǒng)干濕條件的變化，干旱季節(jié)巖溶水在巖層中滯留時(shí)間較長(zhǎng)，Ca2+在巖溶水還未到達(dá)洞頂之前就已經(jīng)在運(yùn)移通道中發(fā)生了前期沉淀作用，導(dǎo)致滴水中Mg/Ca比值增大[25]。同時(shí)，根據(jù)白云石與方解石的不相容溶解性及溶解速率的不同[26-27]，在足夠長(zhǎng)的水巖作用時(shí)間內(nèi)，方解石先達(dá)到飽和，而白云石還繼續(xù)溶解，使洞穴水中Mg2+濃度升高，從而也使Mg/Ca比值增大[28]。金華北山洞穴水Mg/Ca變化特征可以支持以上觀點(diǎn)(圖4)。8—11月份隨降雨量逐漸減少各點(diǎn)Mg/Ca比值呈現(xiàn)不斷升高趨勢(shì)。當(dāng)由旱季進(jìn)入雨季時(shí)大氣降雨增多會(huì)對(duì)陽(yáng)離子濃度產(chǎn)生稀釋效應(yīng)，同時(shí)氣溫也會(huì)對(duì)陽(yáng)離子濃度產(chǎn)生影響，當(dāng)氣溫升高時(shí)，巖溶水對(duì)Ca2+溶解速率高于Mg2+，使Ca2+的比重有所升高，5—7月份除Sld2點(diǎn)和Sld4點(diǎn)外其他各點(diǎn)Mg/Ca比值均隨著降雨量的增加和氣溫的升高呈減小趨勢(shì)。11月—次年1月份Mg/Ca比值有所下降，主要是因?yàn)?1月—次年1月份降雨量增加對(duì)陽(yáng)離子濃度產(chǎn)生了稀釋效應(yīng)。由此可以看出，金華北山溶洞群洞穴水Mg/Ca比值對(duì)降雨有指示性，但也受氣溫的影響。

圖4　元素比季節(jié)變化和降雨量、氣溫的關(guān)系

洞穴水中Sr/Ca比值主要受到洞穴上覆土壤、植被以及土壤中微生物活動(dòng)的影響，但外界氣溫和降雨的變化也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生一定的干擾[29]。當(dāng)?shù)嗡蠸r/Ca比值變化趨勢(shì)與Mg/Ca一致時(shí)，滴水中Sr/Ca比值可能主要受大氣降雨的影響；當(dāng)Sr/Ca比值與Mg/Ca比值的變化趨勢(shì)不一致時(shí)，說(shuō)明滴水中Sr/Ca比值除了受大氣降雨的影響外，還受到其他影響因素的干擾[23]。由圖4可以看出，各點(diǎn)Sr/Ca比值與Mg/Ca比值的變化趨勢(shì)不一致：如Sld1點(diǎn)從2014年6—10月Sr/Ca比值呈降低趨勢(shì)，而Mg/Ca比值呈上升趨勢(shì)；2014年9—12月Sld5點(diǎn)Sr/Ca比值呈降低趨勢(shì)，而Mg/Ca比值呈上升趨勢(shì)，這說(shuō)明Sr/Ca比值變化在一定程度上還受其他因素的影響。

研究發(fā)現(xiàn)[23]，當(dāng)洞穴水中Ba/Ca比值與Mg/Ca比值的變化趨勢(shì)相一致時(shí)，說(shuō)明Ba/Ca比值主要受大氣降雨的影響；反之，則表明Ba/Ca比值主要指示土壤生物活動(dòng)的強(qiáng)烈程度。從圖4可知，雙龍洞和二仙洞各采樣點(diǎn)水中Ba/Ca比值呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化特征；5—8月Ba/Ca比值不斷降低，由于5—8月份降雨量大，雨水對(duì)陽(yáng)離子濃度有稀釋作用；8—10月Ba/Ca比值又升高，8—10月份降雨量減小，生物活動(dòng)作用還較強(qiáng)，而此時(shí)降雨已減少，降雨的稀釋作用較弱，Ba/Ca比值升高主要是生物活動(dòng)作用導(dǎo)致的；10—12月份又呈降低趨勢(shì)，這可能與10—12月份氣溫低生物活動(dòng)作用弱有關(guān)。Ba/Ca比值與Mg/Ca比值的變化趨勢(shì)并不完全一致，這說(shuō)明Ba/Ca比值受降雨和土壤生物活動(dòng)兩個(gè)因素的影響。比較各點(diǎn)的變化趨勢(shì)不盡相同，常年性滴水點(diǎn)Exd1，Sld2變化幅度較大，而Sld4，Sld5和池水Exd4點(diǎn)池水變化幅度較小，而其他季節(jié)性滴水點(diǎn)變化幅度介于常年性滴水點(diǎn)和池水之間。常年性滴水點(diǎn)Ba/Ca比值對(duì)外界環(huán)境響應(yīng)更明顯，這說(shuō)明運(yùn)移路徑對(duì)Ba/Ca 比值也有影響。

4　結(jié)論與討論

(1)常年性滴水點(diǎn)的陽(yáng)離子平均濃度均大于季節(jié)性滴水點(diǎn)、巖溶裂隙水和瀑布水；北山洞穴水陽(yáng)離子濃度有明顯的季節(jié)變化,雨季較低，旱季較高。

(2)外界氣溫和降雨量對(duì)洞穴水中的陽(yáng)離子濃度變化都有影響，但降雨對(duì)陽(yáng)離子濃度影響作用更明顯。降雨較多季節(jié)“稀釋作用”是影響影響陽(yáng)離子濃度的重要因素，降水較少季節(jié)滯留時(shí)間是影響陽(yáng)離子濃度的重要因素。

(3)洞穴水中Mg/Ca，Sr/Ca，Ba/Ca比值對(duì)外界降雨有很好的指示性，但也受氣溫的影響，Mg/Ca比值變化主要是由外界降雨引起的，但也受氣溫的影響；而Sr/Ca比值變化除了受降雨作用影響也受其他因素的影響，Ba/Ca比值受降雨和動(dòng)物活動(dòng)都有影響。

本文對(duì)金華北山洞穴中陽(yáng)離子濃度的研究，Ca2+和Mg2+濃度變化與前人的研究有所不同，王學(xué)燁等[10]研究中發(fā)現(xiàn)，Ca2+和Mg2+濃度雨季高旱季低，而本文研究中卻是雨季低旱季高的特點(diǎn)，有明顯的不同，可能與兩個(gè)水文年的氣候特征不一樣。這說(shuō)明影響地球化學(xué)性質(zhì)的因素具有復(fù)雜性，需要長(zhǎng)期的觀測(cè)。本文也存在一些不足之處，監(jiān)測(cè)時(shí)間較短，由于缺乏必要的條件洞穴頂板的厚度了解甚少，不能從深層次上揭示洞穴水地球化學(xué)性質(zhì)的變化及影響因素，需要繼續(xù)更深入地對(duì)金華北山洞穴水的地球化學(xué)性質(zhì)及環(huán)境指示意義進(jìn)行長(zhǎng)期的研究。

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Cave Water Hydrogeochemical Characteristics of Jinhua North Mountain Caves and Its Climate Implications

PANG Zheng,WANG Tianyang,LI Fengquan,YE Wei

(College of Geography and Environmental Sciences,Zhejiang Normal University,Jinhua,Zhejiang 321004,China)

In order to reveal the geochemical characteristics of cave waters and its climate implication,we have monitored cave waters in Jinhua Beishan Mountain caves from May 2014 to April 2015.Combining with the local data of temperature and precipitation,we got the following conclusions.(1)Affected by overlying rock,vegetation,flow path and other factors,different drip points have different ion concentrations,ion concentrations (except Ca2+)of perennial drip point were higher than the seasonal average dripping point,waterfall and pond.(2)Trace element ion concentrations of cave water in Jinhua North Mountain caves showed seasonal variation characteristics that the ion concentrations were low in dry season,were high in rainy season,and increased with the precipitation from May to August and the following year from January to May,keeping the high values from September to December due to the decrease of outside rainfall,dry or wet condition outside is the main factor affecting ion concentration.(3)Mg/Ca ratio of cave water implicates the wet or dry condition outside,but also it is affected by temperature.The ratios of Sr/Ca and Ba/Ca were not only affected by the precipitation,but also were affected by the interference of other geological and hydrological factors.

cave water; ion concentration; element ratios; climate implications

2015-09-18

2015-10-14

浙江省自然科學(xué)基金“金華北山溶洞群洞穴滴水的氣候信息指示”(LY16D010001);國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“中國(guó)南方晚第四紀(jì)風(fēng)塵沉積的物質(zhì)聯(lián)系”(41071002),“基于BHQ巖芯的錢塘江中下游全新世環(huán)境重建研究”(41371206)

龐征(1990—),男,河南南陽(yáng)人,碩士研究生,研究方向?yàn)榄h(huán)境演變。E-mail:1067509423@qq.com

王天陽(yáng)(1977—),女,吉林長(zhǎng)春人,副教授,主要從事環(huán)境變遷和水環(huán)境研究。E-mail:lygl59@zjnu.cn

P641

A

1005-3409(2016)05-0332-06