川东北岩溶洞穴系统锶同位素组成季节变化与控制机制

通过对川东北诺水河溶洞群岩溶洞穴系统锶(Sr)的外部来源(大气沉降和地表土壤化学风化)和内部来源(石灰岩围岩)变化进行为期两年的观测，对不同来源的Sr同位素组成(87Sr/86Sr)及其季节变化进行分析，探讨不同的来源对洞穴沉积物Sr的相对贡献及其季节变化，对洞穴沉积物87Sr/86Sr的影响及与洞穴内外气候环境因子之间的关系。根据实际观测资料建立该地区洞穴沉积87Sr/86Sr与大气粉尘活动和冬季风演化之间的联系机制。本项目的实施，不仅是对东亚季风地区应用岩溶洞穴沉积进行古气候环境研究的重要扩展，也将为应用这一地区洞穴碳酸盐沉积物进行大气粉尘活动和冬季风演化研究提供当代观测基础。基于可以精确定年和高精度采样的洞穴碳酸盐沉积物对东亚冬季风进行的重建将使相关研究跃升到一个新的台阶。

完成的主要工作包括：.1：完成了对川东北地区大气沉降物质和河水、岩溶地下水近两年的采样和各种气候环境因子检测工作，并对其中14个月的各种水样进行了多种微量元素和锶同位素分析。.2：采用等离子体原子发射光谱仪对采自该地区的石笋SZ2的镁、锶、钡等微量元素地球化学指标进行了分析并探讨了其意义。.3：对这一地区石笋中其它微量元素元素含量变化及其气候环境意义进行了分析探讨：主要是对石笋SJ3中毒害元素砷及其来源、潜在的气候环境意义进行了分析探讨。.4：对这一地区部分石笋的O-C同位素组成的气候环境意义进行了进一步分析研究：主要是石笋SI3的O同位素进行了分析，结果显示其可以作为良好的夏季风变化替代指标。.取得的主要成果包括：.1）发现在川东北地区大气沉降(包括干沉降和湿沉降)是重要的锶来源。而且来自大气沉降的锶具有显著的季节变化，12月至次年4月锶的沉降速率显著上升，平均沉降速率比5月至11的平均沉降速率高出2-3倍，显示这一地区的大气沉降的锶与粉尘活动有显著关系。这一结果与课题负责人早期的观点相互印证。.2）发现这一地区岩溶洞穴水和河水的锶同位素均在夏季较高，冬半年较低。河水的锶同位素比岩溶洞穴水的高，但都显著低于黄土粉尘（洞穴上覆土壤）硅酸盐组分的锶同位素。河水的Sr同位素接近黄土碳酸盐组分的锶同位素。这一结果显示大气粉尘中的碳酸盐组分是当地地表水和岩溶地下水锶的重要来源。但岩溶洞穴水和河水的锶同位素的季节变化还有待更深入的观测和实验研究加以解释。.3）SZ2的镁、锶和钡均显示了显著的千年尺度变化，并与气候环境之间具有良好对应关系。Mg/Ca变化可能主要受到温度变化的控制，而Sr/Ca和Ba/Ca的变化可能主要受到地表土壤和大气粉尘活动与洞穴内先期碳酸盐沉积等因素影响。.4）发现石笋SJ3中毒害元素砷在气候相对温暖湿润的时期较高，而在相对寒冷干旱的时期较低；该石笋的砷应该主要由地表土壤提供。石笋SJ3的砷含量变化显示了气候环境发生变化时土壤中砷的活化、搬运迁移和沉积都可能发生变化。.5）石笋SI3的δ18O记录的华中地区54-46 ka气候环境变化显示，华中地区的夏季风变化与亚洲季风区其它地区的夏季风变化趋势大致一致；但整体上华中地区的夏季风变化与东部地区的变化趋势更为接近，显示了该时段华中地区可能与华东地区同受东南季风控制。