岩溶地下水保存降雨δ18O和δD季节性信号的研究取得新进展

针对以上研究中存在的问题，中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室刘再华研究员带领的岩溶水-碳循环研究小组，选取普定沙湾水碳通量模拟试验场（该试验场是由水文地质条件相同，仅土地覆被不同的5个模拟流域组成，其为控制性研究土地覆被因子对岩溶地下水保存H-O同位素季节性信号的影响提供了良好的实验条件）作为研究对象，通过3个水文年（2015年11月～2018年11月）雨水和地下水的H-O同位素研究发现：（1）相较于降雨输入，5个模拟流域地下水的δ¹⁸O和δD季节变化均存在明显的削弱和滞后（图1）；（2）除了无土的裸岩地外，其余4种土地覆被下地下水同位素的削弱程度和滞留时间在统计上无明显差异，其中裸岩地的削弱程度为56-74%，滞留时间为127-134天，其余4种有土壤覆盖的削弱程度为61-94%，滞留时间为164-202天；（3）相比于无土的裸岩地，有土壤覆盖的4个模拟流域地下水的同位素削弱程度较大、滞留时间较长，且无植被的荒地和植被发育较好的草地无明显差异，表明土地覆被中土壤对降雨同位素削弱和滞后的影响最为显著；（4）降雨H-O同位素季节性信号可以保存在地下水中，其信号保存的强度和土地覆被、降雨输入的同位素权重值有关，当降水输入的同位素权重值有限时，土壤会很容易地将降雨同位素的季节性信号进行平滑（如图2中2016年5月～2016年11月），进而使沉积的碳酸盐无法保存降雨同位素的季节性信号。本研究对找寻自然界保存降雨同位素季节性信号较好的洞穴样品具有重要的指示意义，对洞穴碳酸盐沉积物δ¹⁸O高分辨率气候信息的研究具有重要的引领和推动作用。 

相关研究结果发表在自然指数期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上，文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703720304099 

图1 研究区降雨和5种不同土地覆被下地下水的δ¹⁸O和δD时空变化图  

　　图2 (a)降雨量和降雨δ¹⁸O的时空变化图，仅包含旱季降雨量大于5mm，雨季大于10mm的场降雨；(b)降雨同位素的权重变化图；(c)扣除地下水滞留时间的地下水δ¹⁸O变化图 

　　(刘再华课题组/供稿)