贵州双河洞水-气CO2耦合关系及对洞穴环境的影响研究
岩溶洞穴是岩溶作用形成的重要地貌形态之一，是一种重要的集旅游和科学研究为一体的重要资源，洞穴中的沉积物景观等对旅游者具有很大的观赏性。相对于外部环境，洞穴是一个半封闭和相对稳定的微空间。洞穴空气CO2(PCO2(A))是洞穴环境最重要的因素之一，其对洞穴碳酸盐岩化学溶解和平衡、石笋古气候重建以及洞穴游客的旅游舒适度有一定的影响。因此有必要进行洞穴水-气环境的系统监测，这对洞穴环境和沉积物景观的保护和管理具有一定科学依据，同时也对洞穴碳转换及其碳循环研究具有重要意义。 本研究以贵州绥阳大风洞为研究点，通过分析相关文献资料和实地考察的基础上，对洞穴空气环境指标和水环境指标进行系统的监测，并从洞穴空气CO2的不同时间尺度和空间变化，水-气转换机制及其水-气耦合对洞穴水文地球化学及其洞穴沉积物环境的影响等方面进行分析。得出以下结论： （1）由于受洞穴游客数量和在洞内滞留的时间、洞内外通风情况以及洞穴几何形态等因素的综合影响。在季节尺度上，大风洞PCO2(A)呈现明显的夏秋季高而冬春季低的特征。在昼夜尺度上，PCO2(A)呈现明显的白昼高而夜间低的特点。PCO2(A)的空间变化在夏季由洞口向洞内呈阶梯状上升，冬季则在洞内很长一段距离内变化稳定，至深处有轻微升高。 （2）季节变化上，PCO2(w)基本与PCO2(A)的趋势一致，呈现明显的夏高冬低的特点；PCO2(S)季节性变化不明显，同时PCO2(S)明显要高于PCO2(W)。PCO2(W)的空间变化上看，大风洞各滴水点PCO2(W)由高至低分别为#13、#12、#14和#09，主要由洞腔大小和封闭程度等因素决定；大风洞各滴水点PCO2(S)由高至低分别为#13、#12、#09和#14，与PCO2(W)相似，但远高于PCO2(W)表明PCO2(S)是PCO2(W)的直接来源。 （3）PCO2(W)和PCO2(A)变化具有明显的一致性，且两者之间的转化主要取决于两者之间的CO2分压梯度变化。PCO2(A)与PCO2(S)之间相关性不明显，这表明洞穴PCO2(A)变化受PCO2(S)变化较小，但从数量上看，PCO2(S)要远高于PCO2(A)，说明PCO2(S)是PCO2(W)和PCO2(A)的重要的稳定的来源；从水—气CO2的时间变化上看，水—气CO2的变化主要表现在洞穴上覆滴水的脱气、吸气过程以及人为CO2对洞穴空气环境和洞穴通风的影响。表明不同季节水—气CO2耦合对洞内空气环境的影响存在明显的差异。 （4）大风洞9#测点PCO2(A)总体变化趋势与洞穴滴水中pH和SIc呈明显的反相关，与PCO2(W)、HCO3-及水温呈明显一致性，电导率和Ca2+有一定响应。同时当客流量增加时，PCO2(A)相应增加，进而使洞内水化学发生变化。这说明当人为活动强度适中，洞穴环境的变化会趋于平衡状态；但当人为活动强度过大，对洞穴环境的影响就较为明显。而SIc与滴水中PCO2(W)呈明显的负相关，而与ΔPCO2相关性较弱，说明PCO2(A)是影响洞穴水—气CO2转化的重要因素之一，并对洞穴沉积物沉积具有抑制或促进作用。
岩溶洞穴;水气耦合;二氧化碳;洞穴环境;沉积物景观
贵州师范大学
硕士
自然地理学
周忠发;熊康宁
2018
中文
P642.25
47
2018-12-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）