岩溶洞穴滴水CO2季节变化特征及来源分析——以大风洞为例

为探究白云岩洞穴滴水中CO2来源及变化特征,以贵州省绥阳双河洞洞穴系统中的大风洞为研究对象,对洞穴空气CO2浓度(pCO2(c))、洞穴上覆土壤CO2浓度(pCO2(soil))、洞穴滴水CO2分压(pCO2(w))、以及洞穴滴水水化学环境进行了为期15个月(2016年1月-2017年3月)的监测、采样和室内实验分析,运用统计分析方法对各监测指标进行主成分分析.结果表明:(1)pCO2(w)、pCO2(c)具有明显的季节性变化特征,表现为雨季>旱季.pCO2(soil)受降雨、洞穴通风效应的影响,季节性波动较大,是洞穴pCO2(w)的重要来源;(2)深层岩溶作用中渗透水在流经洞穴上覆表层岩溶带发生的水-岩相互作用及其产生的水化学环境,特别是HCO-3变化,是影响pCO2(w)的主要因素之一,对pCO2(w)具有重要贡献;(3)运用主成分分析法(PCA)得出各因素对洞穴滴水的相对方差贡献率依次为:HCO-3>pCO2(s)>Soil 1#>pCO2(w)>Soil 2#.各因子对pCO2(w)的贡献率依次为:地表深层岩溶作用>洞穴上覆土壤空气环境>洞穴空气环境;(4)pCO2(w)来源概念模型表明,雨季时,降雨量大,土壤水下渗快,地下水得到充分补充,但停滞时间较短,在渗流带中与围岩反应不充分,PCP过程较弱,对pCO2(w)影响较大;旱季则相反.研究结果对洞穴石笋、石钟乳沉积物的保护具有一定意义,对洞穴旅游开发、管理及岩溶碳循环研究具有重要意义.