世界自然遗产-四川黄龙钙华景观的形成与演化

本文对作者十余年来在四川黄龙(世界遗产地)的钙华研究成果和最新的一些监测发现进行了综述, 目的是为公众更好地了解黄龙、保护黄龙提供科学基础。主要结果和结论是: (1)黄龙钙华的形成是由于地球深部高分压的CO2在碳酸盐岩补给区产生富含碳酸氢钙的地下水, 当其以泉的形式出露地表时, 由于泉水的CO2分压远远高于空气, 泉水中的CO2大量逸出, 结果导致碳酸钙过饱和而发生沉积; (2)黄龙钙华的颜色以黄色为主色调, 主要是在雨季因雨水冲刷土壤向水中混入泥沙的缘故; 而在旱季, 钙华主要形成于清亮干净的泉水, 因此, 钙华的颜色呈现出纯净碳酸钙沉积的本色-白色。这也是黄龙洞钙华剖面年层中出现黄-白相间亚层的原因; (3)高精度的铀-钍同位素测年表明, 黄龙钙华主体是全新世以来形成的; (4)地表水向地下河的漏失是黄龙地表水日益减少, 导致钙华体表面干涸, 从而气生蓝藻大量滋生, 致使某些钙华变黑的主要原因, 因此, 有必要尽早采取防渗补水措施; (5)旅游活动已对黄龙钙华景观产生影响, 包括上游人为践踏使下游钙华池淤塞, 以及磷酸盐污染使硅藻等过度繁殖和钙华沉积速率可能降低等, 因此, 必须尽早采取相应防控措施。     

四川黄龙沟景区钙华的起源和形成机理研究

对四川黄龙沟钙华景区的水化学测试发现，形成黄龙沟钙华的泉水具有很高的Ca^2 和HC03^-离子浓度，相应地，泉水的C02分压显著高于大气和土壤生物成因所能产生的C02分压。结合泉水出露的地质条件和泉口C02气体碳稳定同位素组成(δ^13C＝—6．8‰)的分析，进一步发现，高C02分压与深部成因的C02有关。可见，黄龙沟钙华属于热成因类钙华，而非原来普遍认为的“是气候岩溶作用的产物”。此外，黄龙沟钙华的大量出现与水中方解石的迅速沉积、Ca^2 和HC03^-浓度的大量降低有关。随着地下水自泉口出露，由于水的C02分压远高于大气，水中C02大量释放于大气，结果水的pH值迅速升高，方解石饱和指数由泉口的负值很快转变为高的正值，为方解石的沉积奠定了必要的物理化学基础。放置于水中的大理岩石片观测表明，流速较快的边石坝处的方解石沉积速率是其附近水池内的2—5倍，这清楚地显示了水动力条件对沉积速率的控制。进一步根据DBL理论模型分析发现，水动力条件对方解石沉积速率的控制在于其对固液界面间扩散边界层(DBL)厚度的影响，流速愈快，DBL厚度愈薄。且DBL厚度最终制约着沉积表面的化学组成浓度，即厚度愈小，表面H^ 浓度愈低(或pH愈高)、方解石饱和指数愈高，进而方解石沉积愈快。     

An Analysis of Travertine Landscape Degradation in Huanglong Ravine of Sichuan, A World's Heritage Site, and Its Causes and Protection Countermesures

近年来,随着游客人数的逐年增长,黄龙国家级风景名胜区钙华景观出现了明显的退化现象,主要表现为地表水量减少,钙华彩池干枯、钙华沉积速率变慢以及水生藻类加速生长3个方面.为了阐明上述退化现象是源于旅游等人为活动因素影响还是自然因素变化所致,我们首先对比分析了近年来景区上、下游泉水流量变化,结果发现,地表水量的减少是源于地表水向地下渗漏量的增加;考虑到近年来景区内外工程活动的增强以及钙华沉积速率的减缓,这种渗透性的增强很可能来自工程的爆破震动以及钙华沉积速率减缓所导致的钙华致密性下降.同时,在对黄龙溪流水化学测试分析后发现,旅游活动在很大程度上影响了黄龙风景区水质进而影响了水生藻类生长以及钙华沉积速率.因此,我们推测,黄龙钙华景观的退化,在一定程度上可能应归结为人类活动的影响.     

世界遗产——四川黄龙钙华景观退化现象、原因及保护对策分析

近年来, 随着游客人数的逐年增长, 黄龙国家级风景名胜区钙华景观出现了明显的退化现象, 主要表现为地表水量减少, 钙华彩池干枯、钙华沉积速率变慢以及水生藻类加速生长3个方面。为了阐明上述退化现象是源于旅游等人为活动因素影响还是自然因素变化所致, 我们首先对比分析了近年来景区上、下游泉水流量变化, 结果发现, 地表水量的减少是源于地表水向地下渗漏量的增加; 考虑到近年来景区内外工程活动的增强以及钙华沉积速率的减缓, 这种渗透性的增强很可能来自工程的爆破震动以及钙华沉积速率减缓所导致的钙华致密性下降。同时, 在对黄龙溪流水化学测试分析后发现, 旅游活动在很大程度上影响了黄龙风景区水质进而影响了水生藻类生长以及钙华沉积速率。因此, 我们推测, 黄龙钙华景观的退化, 在一定程度上可能应归结为人类活动的影响。     

黄龙核心景区水环境动态特征及钙华沉积能力分析

为有效地评估四川黄龙核心景区水体水化学环境、钙华沉积能力,及时掌握景区水体水化学场的变化特征,采用野外实地调查、水质监测等方法,分析转花池泉群的水环境特征,黄龙核心景区的钙华沉积能力及其水环境状况。研究结果表明：(1)转花池泉群是提供区内钙华沉积的主要钙源和碳源,与黄龙后沟地表水一同构成驱动区内钙华景观发育演化的水源;黄龙沟和转花池泉群的水量补给来源主体分别为降雨和冰雪融水。(2)1999年以来,转花池泉群流量总体稳中有增,水质极为稳定,近30年来历史最大水量出现在2020年,1999—2017年转花池多年日平均水量为7 817 m³·d^-1,2018—2020年多年日平均流量为9 368 m³·d^-1。(3)2018年转花池一带出现线状TOC异常带,主要原因是黄龙沟上游三道坪至头道坪一带的放牧活动造成钙华沉积速率下降,因此,建议加强对钙华源泉涵养区的保护,减少放牧活动对其的影响。(4)区内各水循环段的景观水仍具备一定的沉积能力,2019年SIc值下降,与强降雨的稀释作用有关,从而降低了钙华沉积能力...     

旅游活动对四川黄龙景区水化学及钙华沉积速率的影响

由于其独特的钙华景观,黄龙风景区于1992年被联合国教科文组织列为世界自然遗产名录以来,每年吸引数以十万甚至百万计的国内外游客前来旅游;然而,可能由于旅游活动的影响,近年来黄龙钙华景观出现了诸多形式的退化,钙华沉积速率明显减缓即是其表现形式之一.为了阐明这一退化现象是否与旅游活动有关,从2010年5月下旬到11月初的丰...     

黄龙嗜冷细菌两种胞外单糖对碳酸钙矿化影响

为了探究黄龙水体中嗜冷细菌的胞外代谢产物对钙华沉积速率及沉积产物的影响,本文从黄龙钙华水体中分离到优势土著嗜冷细菌,并以其标志性胞外代谢产物D-葡萄糖和D-核糖作为研究对象,研究了两种单糖组分在低温环境下对钙华沉积的影响,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外吸收光谱(FT-IR)等分析手段对碳酸钙晶型、形貌以及结构组成进行了表征。实验表明:D-葡萄糖在低温条件下能促进方解石型碳酸钙的沉积,并加快沉积速率。低浓度下(20 mg/L和40 mg/L)的沉积产物均为方解石型碳酸钙并对其形貌有一定的影响;高浓度下(80 mg/L和160 mg/L)能诱导少量的文石型碳酸钙的合成。D-核糖在低温条件下能促进碳酸钙的沉积,加快沉积速率。与D-葡萄糖不同,D-核糖仅能合成方解石型碳酸钙,但对方解石晶面的生长表现为抑制作用,且随浓度增大抑制作用益明显。此结果可为黄龙钙华生物成因的探究提供一定的理论研究基础。     

基于钙均衡估算黄龙钙华沉积速率的探讨

从黄龙钙华的成因研究出发,结合地质历史分析及长观资料对核心景区景观水系统的相对稳定性作出了评价。通过对景观水中钙离子及其它组分含量在时间及空间上变化特征的分析研究,揭示了钙离子含量在时间上的相对稳定以及在空间上自上游而下逐渐降低的规律,这为采用钙均衡模式来研究钙华堆积区内的年沉积量提供了重要保证。在此基础上,进一步通过同位素测年、物探、测绘等综合手段对钙华堆积区内的历史与现代的平均沉积速率进行系统研究,并与前人的研究成果对比,验证了钙均衡模型的可行性和可靠性。计算结果表明,黄龙核心景区钙华的平均沉积速率为1～ 4. 86mm /a。      

黄龙钙华及其沉积速率研讨

川西北地区钙华景观发育,其中松潘县黄龙钙华正处于发育的壮年期,更以其景观类型众多、形态优美、色彩艳丽而闻名中外。同时也为广大地质工作者所瞩目并竞相探讨。在此,作者将根据实地调查、长观监测资料、特别是通过部份水化学成份在特定的水文地球化学环境中的运移进行定量计算,对黄龙钙华的形成及沉积速率进行探讨。     

黄龙钙华纹层石特征与成因分析

为了探究黄龙钙华纹层石剖面褐-白相间混积纹层的特征与成因,对黄龙钙华样品进行了采集和分析。通过微波消解法分析不同颜色纹层钙华样品有机碳含量,并用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、元素分析仪等对样品的晶相、形貌、元素和Mg/Ca比等进行了分析。结果表明,黄龙钙华褐-白纹层有机碳含量、Mg/Ca比存在明显差异,褐色纹层有机碳含量、Mg/Ca分别高于相邻的白色纹层,有机碳的含量随着沉积顺序(由老到新)逐渐变大。钙华剖面年层中的褐-白相间纹层不仅受到微生物、植物等生物的影响,还受不同温度、水动力等气候因素的调控,即黄龙钙华剖面年层中出现褐-白相间纹层为生物-气候双成因。其结果可为寻找黄龙钙华沉积过程中生物参与证据提供一定的理论基础。