论文部分内容阅读
作为一种高分辨的古气候代用指标,石笋微层已经被广泛用来重建古气候,但是在石笋微层年代学和古气候学方面还有许多问题不是很清楚。例如石笋微层年代学中的缺层、多年层的现象能否在洞穴现代过程观测中找到证据,以及石笋微层记录古气候信息的现代过程证明等。从中国云南省向南、向西到泰国和印度,广泛发育了一类矿物构成、结构组成相似的文石类石笋微层。作者对云南仙人洞和印度Chulerasim洞文石类石笋微层的矿物构成、晶体形态进行了扫描电镜显微分析,揭示了其石笋中致密/疏松互层旋回的显层机理。其次,对仙人洞进行为期三年半,频率为每月一次的洞穴现代过程观测,观测内容包括:仙人洞地区的大气环境和洞穴空气指标,滴水的滴率、水温、pH、电导率、Ca2+、Mg2+、HCO3-、δ18O等水文动力学和地球化学指标,以及现生碳酸盐沉积速率和矿物构成、晶体形态等。最后综合分析影响云南仙人洞现生碳酸盐年内沉积速率和矿物构成以及晶体形态旋回的主控因素,并据此分析了云南仙人洞和印度Chulerasim洞石笋中致密亚层和疏松亚层形成的条件以及可能包含的古气候信息。 本研究主要内容包括:⑴仙人洞现生碳酸盐年内沉积速率的规律是:旱季沉积多,雨季沉积少或者不沉积。影响石笋年内沉积速率的因素主要为Ca2+离子浓度、pH、脱气过程。其中,Ca2+离子为必要条件,但不是充分条件,只有当洞穴CO2浓度较低,滴率适中时,有利于滴水中CO2的溢出,才可以使碳酸盐发生沉淀。脱气持续时间越长,沉积量越大,计算出来的沉积速率就越快。⑵云南仙人洞和印度Chulerasim洞石笋的矿物构成都主要是文石。其中致密亚层都是由长柱状文石沿着长生长轴呈束状平行排列构成,晶体间空隙少,结构致密。形成于当年的旱季初期(11月至5月),此时,洞穴CO2浓度较低,滴水速率适中,饱和度指数较高,滴水中Mg/Ca(摩尔比)大于1.5小于2.2;而仙人洞石笋的疏松亚层主要由柱状和针状文石相互交织形成放射状集合体,晶间空隙大,结构疏松。形成于次年的春季,此时洞穴CO2浓度进一步减低,滴水速率较慢,饱和度指数较低,滴水中Mg/Ca(摩尔比)大于2.2。根据仙人洞的情况推测印度Chulerasim洞石笋中致密亚层形成环境与仙人洞相似,但疏松亚层可能与仙人洞有所不同。致密亚层和疏松亚层之间出现有许多溶蚀孔,说明可能有侵蚀作用发生,因此推测致密和疏松亚层不是连续形成的,可能会有季节性的沉积间断。⑶仙人洞观测结果表明文石类石笋中原生方解石形成的条件为:洞穴CO2浓度较低,滴率适中,饱和度指数高,滴水中Mg/Ca(摩尔比)小于1.5。洞外气候条件为大气降水多。⑷在一个水文年内,仙人洞观测点X13的矿物晶体形态发生了柱状-针状-柱状-针状的旋回,可能是石笋中出现多年层的证据。而在极端干旱的年份,观测点X7和X11没有现生碳酸盐沉积,可能是石笋中出现沉积间断的证据。⑸仙人洞所有滴水点δ18O对大气降水δ18O季节信号的继承性不好。可能是由于岩溶水在表生岩溶系统发生了蒸发作用,使滴水δ18O重值谷随机出现。此外,观测点X8的δ18O值在观测期间变化不大,说明其顶部有较大且稳定的网状补给系统,把降雨的年-季信号平滑掉了,并且没有蒸发作用发生。⑹仙人洞不同观测点之间的矿物构成和晶体形态出现差异,说明在气候条件和区域地质水文条件以及洞穴环境条件一致的情况下,不同滴水点上部的补给通道和补给方式对石笋的生长有着非常重要的影响。因此,在利用石笋的层厚、地球化学指标讨论古气候信息时要考虑这些因素。