国际地学计划项目IGCP/SIDA598“环境变化与岩溶系统可持续性”结题成果及总结

  根据项目的主要目标，国际地学计划项目“环境变化与岩溶系统可持续性(IGCP/SIDA598)”的主要成果概况如下：

岩溶碳汇潜力及全球气候变化

  地质过程对岩溶碳循环的影响，尤其是碳酸盐岩与大气CO₂之间的相互作用，受到了地质界科学家们的广泛关注。一些科学家及实验室研究人员参与到IGCP/SIDA598项目中，并做出贡献，尤其是在量化岩溶地质化学过程和人类活动，例如土地利用变化对岩溶碳循环的影响。本项目还同时研究岩溶地表河流系统中水生植物是如何利用HCO₃^-作为碳源，从而影响相关碳汇的测量。Montety等人（2011）研究了岩溶水中生物地球化学循环对碳酸盐平衡的影响，并表明含有大量水生植物的大系统充当着自然碳汇的角色。章程等人（2012）研究了中国广西官村地下河中水生植物光合作用的碳汇影响。在1350米的官村河流中，无机碳随径流的流失量估计值为94.9kg/day，这说明从岩溶地下河流进入地表河的重碳酸盐被植物所消耗或被自生的方解石所捕获，从而构成了官村岩溶系统的自然碳汇。从中国西南地区的监测站或实验基地中得到的数据显示做为低温地质化学开放系统的岩溶过程对环境变化非常敏感，并且是一个特殊的涉及到短期碳循环（土地利用方式改变的影响）的地质过程。地表生态系统中的碳汇速率会随着植被的生长或森林的恢复而增加，这表明由岩溶溶解剥蚀引起的相似的过程也会发生在地下。Chris Groves等人(Groves et al. 2013; Polket al., 2013a)讨论了美国肯塔基州Pennyroyal高原地区表层岩溶带中的水-气-岩相互作用和地球化学环境的季节控制作用。中美两国的科学家们致力于合作建立一种高分辨率碳汇监测的标准方法，这种方法于2013年最先应用在中国广西的毛村流域和美国肯塔基州的Lost河洞穴中得到尝试。

岩溶含水层系统与水资源过程

  在IGCP/SIDA598会议报告的例子中，Breneie(2013)描述了对斯洛文尼亚和伊斯特拉半岛岩溶地区的区域地下水流的理解的进展；Anita Eross等人(2013)做了对放射性核素作为天然示踪物来确认热水混合的报告。Amelie Dausse等人(2013)讨论了地下水径流的尺度影响和分级情况：以地中海岩溶系统为例。Heath(2012)汇报了南非距今26亿年的古Transvaal 巨组中白云岩中与岩溶发展相关的条件和过程。南非存在重大的环境挑战，尤其是关于危害极大的落水洞的发展。Auler(2011)分析了巴西东北区域半干旱白云岩Una组岩溶中的水化学和硫同位素。结果表明该地区有两种机制（硫的氧化作用和蒸发浓度）起作用。Chris Groves等人（2013）研究了一种监测方法，这种方法考虑了被土壤覆盖的岩溶含水层的天然补给的流量和水化学特点的定量特征，这种岩溶含水层在进入地下主含水层之前首先流经表层岩溶带。Tobin等人（2011）叙述了加利福尼亚Kaweah河流域的岩溶泉的补给高程。同位素值的季节变化表明主要补给来源的季节变动，这种补给来源来自于高水位时期的高海拔冰雪融水径流到基流时期的局部衍生补给。

岩溶水系统可持续利用保护

  在过去的几年中，这个话题在研究和培训活动中得到重点强调。美国的西肯塔基大学岩溶野外研究项目中的岩溶水文地质课程强调了这一点，西班牙的马拉加大学和中国桂林国际岩溶研究中心培训班中教授了水文岩溶课程。在培训班上，来自美国的George Veni讲授了岩溶含水层中水井和泉的水文地质和地球化学监测方法，岩溶地下水流域的染料追踪方法，和环境影响评价。来自美国的Jonathan Arthur讲授了岩溶含水层的脆弱性模型。来自塞尔维亚的Zoran Stevanovic讲授了岩溶含水层特征方法、水平衡方法以及保护评价方法。

  另外，Tim Slattery致力于研究并找到美国肯塔基州Bowling Green地区由于城市发展所造成与岩溶水相关的环境问题的解决方法。Vitor Moura和巴西的同事研究了巴西洞穴管理和保护的监测过程，并识别了来自于Serra do Ramalho地区的洞穴水生动物。Lebanon地区的Jeita泉中的水是Beruit的供水来源，但已受到污染的威胁，多种紧急方案正在实施，以研究并找到解决这些危机的方法。肯塔基州的研究结果表明重要的降雨事件既影响储存特征，也快速影响污染物流经表层岩溶带的不同路径和时间（Vanderhoff等，2011）。调查表明弗罗里达州的地形或附近的落水洞对生物多样性总体有5%（地质多样性）的正面影响。岩溶扰动指数（KDI）是用来测量人为因素对环境影响的综合方法，并已在美国（弗罗里达）、波多黎各（阿雷西波）和意大利得到应用和改进，但在其他地区仍没有得到应用，并对改进比较敏感。

岩溶系统中的环境变化记录

  由于目前对气候变化科学的关注和兴趣日益增加，包括对古气候记录的识别，了解岩溶系统中古气候的记录仍是一门热门的研究领域。Gilman Ouellette和Jason Polk(2013)从Barbados岛上的众多钟乳石中发明了一种高分别率重建降雨和气候变化的方法。钟乳石氧稳定同位素记录的气候结果结合高分辨率系列铀测年被用来解决Caribbean岛岩溶含水层中的水资源问题。Jason Polk等人（2013b）利用洞穴沉积物研究Caribbean地区的干旱和风暴事件对伯利兹岩溶水资源的影响。李红春（2013）强调了在过去的一千年中亚洲夏季季风气候对中国西南岩溶地区水量平衡的影响。Truebe等人（2011）研究了一种洞穴滴水a¹⁸Odw值的过程模型，以此来重建钟乳石气候记录在十年间的变化。这表明钟乳石氧同位素记录中的某些背景变化值可能是由于无气候过程，比如地下水的储存和混合。Casteel等人（2011）报告了美国德克萨斯州洞穴监测研究在12年间的钟乳石古气候记录。结果表明高频率钟乳石Mg/Ca和Sr/Ca变化可能提供了古洞穴滴水组成的控制前景。McDermott等人（2011）分析了更新世欧洲钟乳石a18O梯度变化的自然原因和其他可能的因素。总之，地带性流动和大西洋湿度来源是贯穿整个更新世的主要影响因素。