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喀斯特关键带水—土—气CO_2分压垂直转化特征及影响因素

汪炎林  周忠发  薛冰清  李坡  田衷珲  张结  汤云涛  
【摘要】:喀斯特关键带是碳循环在岩石圈、大气圈、水圈和生物圈的主要综合作用区域,各层相互作用形成不同的反应体系,其中,CO_2扮演了十分重要的作用。通过对双河洞洞穴上覆土壤及洞穴水及空气CO_2浓度的监测,采用数理统计分析方法,根据碳酸平衡系统理论对CO_2的垂直向转化特征进行系统分析。结果表明:CO_2的垂直向转化过程受洞穴内外部气温变化、滴水pH及脱气沉积过程的影响,其供给来源、离子饱和状况在雨季和旱季存在明显差异;雨季时,大气降水在土壤中下渗速度较快,构成一个相对稳定的封闭环境,土壤、表层喀斯特带对渗透水CO_2补充作用较弱,渗透水中CO_2分压(即PCO_2)变化范围在0.035~0.126 vol%,洞内水—气CO_2分压(△lg PCO_2 0),洞穴水具有溶蚀性,此时表层喀斯特带下部中的CO_2应为洞穴水CO_2的主要来源;旱季时,由于降水量较小,渗透水有充分时间接受土壤与表层喀斯特带CO_2补充,构成开放系统,渗透水变化范围为0.038 vol%~0.095 vol%,更有利于发生先期沉积过程(PCP),此时洞内空气PCO_2小于洞穴水(△lg PCO_20),促使滴水在洞内再次发生沉积、形成沉积物,此时土壤和表层喀斯特带均为洞穴水CO_2的主要来源。

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