“岩溶作用与碳循环”研究进展^*

袁道先

摘　要　IGCP 379项“岩溶作用与碳循环”是中国建议并组织实施的，于1995～1999年执行。作者对1995年以来项目的实施情况及其研究进展作了总结，并对每一科学目标的研究进展进行了综述：①表层岩溶系统碳循环与大气CO₂源汇的主要进展有3方面：扩展了研究地区；揭示了表层岩溶系统碳循环的运行机制；对表层岩溶作用回收大气CO₂量进行了估算。②深部CO₂释放问题的主要进展有：发现了更多的深部CO₂释放带；揭示了深部CO₂气体来源问题；对西藏地区CO₂源汇问题进行了深入的探讨。③以岩溶记录重建环境变化过程的主要进展有：研究时空范围不断扩大；采取多种新技术、新方法获取更多古环境信息；不断提高研究分辨率。
关　键　词：IGCP；岩溶作用；碳循环；科学目标；全球环境变化；全球变化研究
中图分类号：P931.5；X21　文献标识码：A　文章编号：1001-8166(1999)05-0425-08

PROGRESS IN THE STUDY ON KARST
PROCESSES AND CARBON CYCLE

YUAN Daoxian
(Institute of Karst Geology,MLR,Guilin　541004,China)

　　Abstract:The IGCP 379 project，“Karst Processes and the Carbon Cycles” was proposed and organiged by Chinese scientists.Its duration time is five years from 1995 to 1999.In this paper the research situation and its developments have been presented.(1)The developments about the carbon cycle of the epigenic karst system and the sources and sinks of CO₂ in the atmosphere have three aspects:Its study areas have been extended;The work processes of the carbon cycle of the epigenic karst system have been disclosed;The CO₂ amounts uptaken by the epigenic karst system have been evaluated.(2)There are three aspects about the developments of the CO₂ releasing from Earth's depth:The more CO₂ releasing zones have been discovered;The sources of CO₂ have been identified;The problems about the sources and sinks of CO₂ in the Tibet have been argued furtherly.(3)The developments about the paleoenviomental reconstruction with the karst records have three aspects:The temporal and spatial ranges have been enlarged remarkably; More and more new technologies and methods are used to attain more paleoenvironment information; The resolution has been promoted continuously.
　　Key words:IGCP;Karst process;Carbon cycle;Scientific goal;Global change research.

　　由中国科学家提出建议并组织的国际地质对比计划(IGCP)379项“岩溶作用与碳循环”(Karst Processes and the Carbon Cycle)于1995年2月经IGCP执行局科学委员会第23次会议批准，于1995～1999年5年间执行。4年来在IGCP执行局、IGCP中国国家委员会、国土资源部、国家自然科学基金委员会和IGCP 379项中国国家工作组成员所在各单位的大力支持下，该项目的研究已取得很大进展^〔1〕。
　　IGCP 379项目的科学目标是：①评估全球碳酸盐岩通过岩溶作用对大气CO₂浓度带来的影响。它既可能是汇(溶蚀)，也可能是源(沉积)，过去对此种影响有所忽视；②对比大气CO₂在全球不同的地质、气候和生态条件下每年汇入岩溶系统的量；③对比全球具有地热、火山或活动断裂的岩溶区由深部向大气释放的CO₂的来源及释放量，尤其要注意板块构造结合地带；④对比全球主要岩溶地区晚更新世以来环境变化过程，尤其是那些缺乏其它环境变化替代指标(如冰心、湖相或风成沉积物)的地区。

1　国际工作组的工作

1.1　国际对比活动
　　5年来在国际地质对比计划正在进行的50个左右的项目中，IGCP 379项被执行局评估为执行得最好的10个项目之一。自1997年以来的各年度评估中，连续3年被评为“优秀”(Excellent)，并给予高额资助。共有40个国家的140多位科学家参加了该项目的研究工作，中国等10个国家成立了IGCP 379项目国家工作组。加拿大、美国、俄罗斯、日本、中国、奥地利、斯洛文尼亚、西班牙、波兰、挪威等国建立了相应的岩溶作用与碳循环的监测网点。4年来，在亚洲、欧洲、非洲、美洲举行了11次野外国际对比及国际工作组会议，发表了570余篇论文，通报了各国在该项研究中历年来取得的研究进展和成果。
1.2　加强了与国际上有关学术组织和研究项目的联系
　　(1) 国际水文地质学家协会(IAH)岩溶委员会、国际地理联合会(IGU)岩溶委员会、国际洞穴联合会(UIS)。IGCP 379项的建议，是在以上3个与岩溶有关的国际学术组织的积极参与和支持下提出的。在其4年来的国际活动中，得到了这3个组织及其成员的大力协助。在11次国际对比和学术交流活动中，共有6次是结合这3个组织的学术会议召开的或由其成员主办。
　　(2) 全球CO₂信息研究中心(CDIAC,Carbon Dioxide Information Analysis Center)。这是美国能源部资助的一个全球性研究项目，建立联系后，我们收到了其每年两期的出版物(CDIAC Communications)，报导各国研究大气CO₂和其它微量气体的最新进展，1997年初它编制了一套全球2000年来各气候阶段森林植被类型分布状况变化的图件，对我们的研究工作有一定的参考价值。
　　(3) 水文和地质作用中的碳通量。这是美国地质调查局组织的一个国家级研究项目，其科学目标是：估算与水文及地质作用有关的全球及地区性碳通量；在代表性的水文地质系统中确定控制碳的地球化学平衡，确定控制碳通量的最主要的作用过程；研究全球天然状态下可能产生过的CO₂平衡的变化，并以此预测今后全球CO₂通量；研究局部地区碳通量对地下水或地表水污染问题的作用。
　　(4) 国际第四纪联合会(INQUA)碳委员会。由于大气CO₂浓度上升对全球环境变化的重要影响，碳循环问题日益受到国际学术界关注。国际第四纪联合会于第13届大会(1991年7月，北京)后，启动了一个“古碳循环”研究计划，并于第14届大会期间(1995年8月3～10日，德国柏林)正式成立了碳循环委员会，其名称为“陆地碳循环”(Terrestrial Carbon)。其研究方向为第四纪碳循环的变化及各个碳库的动力学。具体内容包括：在第四纪冰期—间冰期不同阶段陆地的各碳库贮存量的变化，及其对全球碳循环的影响。该委员会根据陆地碳循环的不同侧面，分设了6个国际工作组，其名称和负责人为：①陆地风化作用与碳汇(法国，J-L．Probst)；②岩溶作用与碳循环(中国，袁道先，与IGCP 379合作)；③岩石圈的碳释放(瑞典，N.A.Morner，与新构造委员会合作)；④对过去碳循环的模拟(比利时，L.Francois)；⑤湖泊碳循环(法国，D.Williamson);⑥大陆架碳循环(香港，严维枢(Wyss Yim)，与IGCP 396“第四纪大陆架”合作)。

2　中国国家工作组的工作

　　IGCP 379项目秘书处设在桂林岩溶动力学开放研究实验室，中国国家工作组的工作主要有以下几方面。
2.1　组织中国学者参加国际对比活动
　　在IGCP 379项的11次国际对比活动中，有3次是在中国境内进行的，中国学者有110人次参加了这3次活动，提交了71篇论文。IGCP 379项秘书处还先后资助了巴西、俄罗斯、斯洛文尼亚、越南、日本、德国、法国、澳大利亚、英国等国学者来中国开会，以提高国外同行的参与程度。积极组织我国学者参加国外的对比活动，4年来我国学者共有23人次参加了IGCP 379项目在国外召开的8次考察对比和学术交流活动。
2.2　加强信息交流工作
　　主要是：①编制出版IGCP 379 Newsletter(英文版)，报导各国成员为该项目的4个目标所作的最新研究成果，论文摘要，对项目的建议，会议报导及成员通迅地址、E-mail地址等；②出版专著和论文集，先后出版了第30届地质大会论文集第24卷《Environmental Geology》(荷兰VSP出版社)，《Global Karst Correlation》(荷兰VSP，中国科学出版社等)^〔2〕，它是本项目的前一项目IGCP 299“地质、气候、水文与岩溶形成”的最终报告；③在互联网上建立主页。IGCP 379项目1995年进网(网址：http://www.gxnu.edu.cn/KDL)，开始用电子信函发布通知，回答询问，讨论问题，大大加快了项目的信息交流速度。实现了IGCP 379项目在本学科领域中全球范围的高度开放。
2.3　争取基本研究条件，组织IGCP 379项目在中国的实施
　　作为项目的发起国和组织国，带头在本国实现IGCP 379项目的科学目标，是中国国家工作组最重要的工作，而关键是争取国内配套项目经费，同时积极开展国际合作，引入国外同行研究思路，并解决国内某些测试技术之不足。1996年底到1997年初，先后得到国家自然科学基金重点项目“中国典型岩溶动力系统与环境的相互作用与演变”(编号：49632100)，和原地矿部“九五”重要基础研究项目“我国典型岩溶环境系统的运行规律及其对全球变化的影响”(编号：9501104)的支持和资助。原地矿部还批准建立了“岩溶动力学开放研究实验室”，以开放课题的方式组织各单位学者为IGCP 379项目的科学目标而工作。
　　项目的实施，以若干个研究基地为基础，实行点面结合，野外定位观测与室内分析测试和模拟实验相结合，国内研究和国际合作项目结合，尽可能采用先进技术方法。作为项目组织单位的岩溶动力学开放实验室，根据IGCP 379项的科学目标，在研究条件方面做了以下工作：
　　(1) 为研究浅部岩溶碳循环与大气CO₂源汇问题，按照不同的岩溶动力系统，在长春吊水壶、北京房山、陕西蓝田、湖北长阳、贵州荔波茂兰、桂林丫吉村、广西马山弄拉建立了定位观测站。在每月1次定时观测中，进行了1～2昼夜的时间间距2小时的(暴雨时加密到1小时)连续观测，以掌握碳循环在4个圈层间的运移规律。在工作中特别注意了生物圈对岩溶动力系统碳循环的影响：把生物生产量、光合作用对大气CO₂浓度影响；微生物活动对土壤CO₂浓度影响；植被变化对下伏碳酸盐岩溶蚀作用的影响纳入各岩溶动力系统在气圈、水圈、岩石圈间碳循环的野外监测和室内模拟实验之中，并以同位素示踪技术厘定生物作用的权重，取得了许多新认识。为更好地估算浅部岩溶作用回收大气CO₂的量，以GIS技术制作了中国可溶岩类型、植被类型、降水分布的电子版图件，并加以叠合，作出更为科学合理的估算岩溶作用回收CO₂量的全国分区。
　　(2) 为研究深部岩溶系统的CO₂释放，对西藏及相邻的川、滇、青地区的1 370个温泉的化学资料进行了收集整理，并对康定龙头沟、二道桥等12个温泉进行了定位观测，对四川鲜水河断裂带甘孜、道孚一带和云南中甸下给白水台温泉进行了野外调查。为揭示深部CO₂的来源，对康定和中甸的温泉群进行了同位素示踪研究。
　　(3) 为了从岩溶沉积物中获取20万年来高分辨率古环境记录，4年来主要围绕提高分辨率、扩大研究地区及找寻铀含量较高的石笋这几个方面展开工作。为在采样时保护景观，先采个别样品确定时间段(用便携式小取样钻，或取石笋底部小样)。然而根据多年经验，鉴于石笋内部结构的复杂性，对作为正式研究的石笋柱子，还是要取回全石笋切开，在沉积地质研究的基础上，再作微层取样。4年来共普查175个洞穴，其中广西80个、贵州95个。在广西的工作地区包括桂林、荔蒲、灌阳一带，详查洞穴40个，实测6个(总长4 546.5 m)，并在7个洞采了石笋样，共计17根石笋，总长21.94 m。在贵州的普查包括荔枝、都匀、盘县、六枝、水城、仁怀、正安一带，详查洞穴48个，实测30个(总长29 382.5 m)，在4个洞采回石笋样5根，总长6.96 m。在提高古环境重建的分辨率方面，主要利用桂林附近原已做剖面中发现有环境变化事件的地段，加密采样，派人带样品去挪威彼尔根大学，用微量高精度稳定同位素及微层发光技术，使分辨率达百年尺度。此外，为研究明清以来桂北地区环境变化，在荔浦丰鱼岩取正在生长的石笋，送美国南加州大学、明尼苏达大学用TIMS、²¹⁰Pb及高精度稳定同位素技术(1 cm剖面采14个样)，重建分辨率达5～10 a的环境变化过程。
　　(4) 在IGCP 379项的研究过程中，还就岩溶动力学系统运行规律和石漠化与良性生态恢复机制的关系，选广西马山弄拉、桂林岩溶试验场、贵州普定、乌江渡水电站和湖南保靖等典型地区进行观测、试验。

3　“岩溶作用与碳循环”取得的研究进展

　　经过国内外同行的共同努力，IGCP 379项在4个主要科学目标上都取得了重要进展。
3.1　表层岩溶系统碳循环与大气CO₂源汇
　　这个科学目标研究的进展主要在3个方面：①扩展了研究地区；②揭示了表层岩溶系统碳循环机制；③对不同地区和全球碳酸盐岩地区因表层岩溶作用而造成的大气CO₂源汇作了初步估算。
3.1.1　积累了由极地到热带条件下岩溶作用与碳循环的新资料
　　俄罗斯编制了西伯利亚伊尔库茨克(Irkutsk)地区40万km²范围的石灰岩溶蚀速度分区图，为研究寒带岩溶系统的碳循环提供了最基本的资料^〔3〕。波兰在斯匹次卑尔根岛(Spitsbergen)通过18年的定位观测发现在极地的不同条件下，岩溶作用回收大气CO₂强度的差别^〔4〕，冰川地区为55.09×10⁵ gC／km^2.a，多年冻土区为20.4×10⁵～23.5×10⁵ gC／km^2.a，而一个小型岩溶流域可高达94.43×10⁵～109×10⁵ gC／km^2.a。法国在太平洋波利尼西亚(Polynesia)群岛，以叠层石中δ¹³C的变化研究微生物光合作用吸收大气CO₂通量，还对刚果302 000 km²内植被及2 m深土壤层的碳库总量进行了估算，达39亿 t碳，论证了森林退化对大气CO₂浓度升高的影响。我国通过分布在不同环境下的岩溶动力系统观测站，并利用岩溶地区水文地质普查的资料，计算了全国半干旱区、亚热带潮湿区及高山岩溶区的石灰岩溶蚀速率。
3.1.2　揭示了岩溶动力系统中碳循环的运行机制
　　在西班牙北部的Altamira和Tito Bustillo洞的自动监测揭示了两种CO₂变化机制^〔5〕：由降雨和通风条件控制的季节变化和由大气压力变化控制的短期变化。当干季大气压力高时，土壤CO₂浓度会降低，而洞穴空气CO₂浓度则提高(达6 000×10^－6)；但当大气压力降低时，则洞穴空气中的CO₂浓度明显降低(不到1 500×10^－6)。在美国加州北部的马布尔(Marble)山^〔6〕，对中高山岩溶(海拔1 700～1 900 m)上覆土层中的CO₂监测发现其峰值在1%～4%间波动，并与融雪相关，还与不同的生态系统(冷杉、干草地、湿草地或岩溶裂隙)有关。对中美洲贝利兹的岩溶系统的CO₂变化观测表明，它与火山、降雨有关。揭示岩溶动力系统在生物作用参与下积极参与全球碳循环，对现有碳循环模型中把所有地质作用(含岩溶作用)都列为长时间尺度的循环以及碳酸盐岩不积极参与全球碳循环的观点提出了质疑。
　　概括我国多年来对浅部岩溶动力系统的一系列监测、模拟试验研究资料可更好地论证上述观点：①桂林试验场、陕西渔洞河的系统监测表明，每当夏季气温升高，微生物活动加强，土壤CO₂浓度升高数倍至一个数量级时，下伏灰岩的溶蚀作用也大致同步加强；②桂林试验场1993～1996年的多年连续观测表明^〔7〕，随着居民燃料问题解决，停止砍伐，场区植被恢复，土壤CO₂浓度也升高，下伏灰岩的溶蚀作用也加强，其由大气回收CO₂的量也由1993年的6.129×10⁹ gC／a增加到1995年的11.582×10⁹ gC／a；③灰岩面地衣繁殖产生微孔隙，使溶蚀作用表面积由28.26%增加到75.36%，溶蚀强度上升1.2～1.6倍，加强了岩溶动力系统的碳循环，增加了由大气回收CO₂的量^〔8〕；④据碳同位素示踪资料，在岩溶动力系统中土壤CO₂气体δ¹³C为－20.7‰，表明生物作用在该系统的运行中有重要作用，而且，虽然大气与岩溶系统间的碳循环经过了植被的中介，但直接由大气进入岩溶系统的CO₂仍有40%；⑤室内快速转盘模型和不同下垫面的土壤箱模型试验也证明了生物作用的重要地位：在岩溶系统中加入生物酶(carbonic anhydrase,碳酸酐酶)，可催化CO₂转换，使灰岩溶蚀速度增强一个数量级^〔9〕；土壤箱的模型试验不但重现了气温升高时微生物作用加强，土壤CO₂升高的过程，还揭示了降雨后土壤CO₂高浓度层随之向深部转移的过程，以及由灰岩下垫面排出的水中HCO₃^－浓度远较砂岩下垫面排出者为高；砂岩下垫面排出的水暂时硬度为0.5～3.9德国度，pH为5.54～6.51，灰岩下垫面排出的水暂时硬度为7.3～10德国度，pH为7.1～7.39，说明灰岩下垫面吸收的土壤CO₂的量远较砂岩下垫面所吸收的土壤CO₂为高。
　　以上5方面的证据说明：岩溶动力系统和碳酸盐岩，在生物作用和传统概念的无机岩溶作用的协同下，积极参与全球碳循环，成为大气CO₂源汇的重要环节。现在用于全球变化研究(如IGBP)的碳循环模型中，机械地把气候物理系统和生物作用(光合作用、呼吸作用)作为短时间尺度作用，化石燃料形成作为中等时间尺度作用，而一切地质作用(含岩溶作用)列为长时间尺度作用的划分，并在实际观测试验工作中忽略地质作用的做法在理论上有悖于地球系统科学，而在实践上可能正是造成目前一些生物地球化学模型不平衡的原因，有加以完善的必要。
3.1.3　表层岩溶作用回收大气CO₂量的估算
　　根据以上的思路，分别用石灰岩溶蚀试片法、水化学法和扩散边界层(DBL)理论对我国和全球岩溶作用回收大气CO₂的量进行了初步估算。中国全国为1.774×10⁷ tC/a^〔10〕，而全球年回收2.2×10⁸～6.08×10⁸ tC/a^〔11〕，如按6.08×10⁸ tC/a计，占当前碳循环模型中的遗漏汇(missing sink)的约1/3，应在今后工作中予以注意。
3.2　深部CO₂释放问题
3.2.1　发现了更多深部CO₂释放带
　　在板块构造结合带，深部CO₂释放大量存在，且不一定同火山、地震作用相联系。在意大利罗马附近1000 km²的范围内，根据CO₂释放伴随的钙华沉积量和年龄，估算其年释放量为12×10⁴ tC。Bakalowicz以法国东南部为例，提出了在岩溶地区鉴别深源CO₂的地球化学、地质学和同位素方法，并报道了法国南部莱泉(Lez)(蒙彼利埃市水源地)的CO₂浓度可达10%。在西班牙南部的Guadalantin，对碳酸盐岩含水层的过量开采，引起深部浓度达85%的CO₂突然入侵。在越南北部，沿北西向的板块构造结合带，有一系列温泉出露，最高温度105 ℃，伴随CO₂释放和钙华沉淀。在美国诺基山地区，对由一个低温岩溶泉(9.8～16．5 ℃，科罗拉多州的Manitou泉)释放的CO₂作碳和惰性气体同位素的研究表明，7%～14%为岩浆源^〔12〕。在斯匹次卑尔根岛南部，一些在冰川岩溶区的泉水，也被认为是来自深部的地热水。在俄罗斯，Petukhov提出油气田深部的CO₂可能是由地层中的石膏与烃类化合物在构造运动的高压下的还原作用而产生，并已通过模拟实验证明。我国通过地震、石油、地质和岩溶工作者的研究，总结出全国28条活动断裂带普遍有深部的CO₂释放，并以3种形式出现：伴随钙华(主要在西南部碳酸盐岩地区)、无钙华(东部以岩浆岩为主的地区)和CO₂气田(有巨厚盖层的地区)。在台湾东部花莲县北部的利雾溪公园，也发现有大量CO₂释放。
3.2.2　深部释放的CO₂气体来源问题
　　除前述美国在科罗拉多(Colorado)的工作外，我国也做了许多研究。为研究我国西南部大量CO₂释放点的气体来源，对四川黄龙、康定、云南中甸温泉释放的CO₂气体进行了碳同位素研究。所研究的点都有碳酸盐岩出露，结果说明，它们都是幔源碳和碳酸盐岩变质产生CO₂的混合成因，但各个点的混合比例不同，如黄龙释放的CO₂气体样的δ¹³C为－6.8‰，计算结果幔源占77%，碳酸盐岩变质来源占23%。中甸温泉释放的CO₂的δ¹³C为－4.71‰，幔源CO₂占36%，碳酸盐岩变质来源占64%。康定温泉群各点混合比例也不同，来自碳酸盐岩变质的占37%～100%不等(以水样δ¹³C计算)。
3.2.3　关于西藏地区CO₂源汇问题的讨论
　　90年代以来，西藏高原CO₂的释放和回收，及其对全球气候变化的影响成为国际上关注的问题。1994年美国的Kerrick^〔13〕认为新生代早期(古新世至始新世之间)全球变暖是喜玛拉雅运动的强烈变质作用释放大量CO₂的结果，而Caldeira等^〔14〕则又把西藏高原抬升使风化作用加剧，从而由大气回收更多CO₂作为新生代中晚期全球气温下降的原因^〔14〕。但他们的立论都以宏观构造模型分析为基础，而本项目则以实际观测数据及同位素资料证明西藏高原CO₂释放不但发生在新生代早期，而且现在还在大量释放，不但有变质来源的CO₂，而且还有来自幔源的CO₂释放，在认识上前进了一大步^〔15〕。
　　同时，杨立铮教授的研究组还通过对西藏高原及相邻的川、滇、青地区1 370个温泉的水化学资料进行分析，编制了该地区温泉CO₂含量分布图(平均为300～500 mg/l，最高可达2 575 mg/l)和幔源CO₂释放强度分布图。在此基础上估算全区年CO₂释放量为2.68×10⁵ t。由于各泉数据都是由水化学分析资料换算出来的，特别是过去普查工作多取水样回室内分析，未取到由泉口已逸走的CO₂，显然结果大大偏小。Kerrick曾估算导致新生代早期全球变暖的喜玛拉雅深部的CO₂释放量为10¹⁸ mol/Ma，按杨立铮教授的数据换算单位，也可得0.6×10¹⁶ mol／Ma。如果我们采取技术措施，把1 370个点的CO₂逸出量测准确，是否有可能获得与Kerrick相当的数字?如果这样，那么近50年来全球大气CO₂浓度上升，与我国西南部深部CO₂释放的关系，的确是一个值得深入研究的问题。但是从现有数据对比，碳酸盐岩溶蚀作用造成CO₂的汇，还是比深部CO₂释放造成的源为高。
3.3　以岩溶记录重建环境变化过程
　　1995年来这一科学目标的进展，可概括为：①研究的时空范围不断扩大；②采用多种新技术方法，获取更多古环境信息；③不断提高分辨率。
3.3.1　研究的时空范围不断扩大
　　1995年来，各国同行不断地拓展用岩溶沉积物研究古环境变化过程的时空范围。此一科学目标的研究，已发展到亚洲、欧洲、非洲、北美洲、南美洲和大洋洲。从研究的古环境的时段看，以20万年以来的为多，但也研究50万年以来的变化，甚至上新世(用洞穴古生物或裂变径迹法)，或几百年以来的环境变化(用TIMS铀系测年，配合高精度同位素测试及发光技术)。
3.3.2　使用更多新技术获取更多的古环境信息
　　用AMS C¹⁴铀系法测年，结合石笋内部微层理的稳定同位素、各种微量元素比值剖面研究古气候变化，已成了近10多年来国内外用得比较多的方法。近年来又提出了用¹⁰Be、²⁶Al、TIMS铀系法、²¹⁰Pb及DNA技术以研究古水文、古植被变化过程。
　　在美国的猛玛洞地区，以¹⁰Be 、²⁶Al研究洞穴沉积物中石英颗粒的年龄，揭示洞内上部40 m的沉积物属形成于250万年前，相当于北半球冰川开始时期，当时猛玛洞附近的格林(Green)河河床被大幅度抬高。对猛玛洞内底层沉积物年龄的对比，说明该地区区域水位以每100万年30 mm的速度下降^〔16〕。在非洲博茨瓦纳西北一个洞内采回的一个自2 660±130 a BP以来至今尚在生长的40 cm高的石笋中，发现了由方解石和文石层构成的1 500个微层对，并认为每一对微层代表一年的沉积。对采自美国拉斯韦加斯(Las Vegas)东30 km的石膏洞的粪石，首次用DNA技术研究古环境变化。DNA鉴定表明，这种粪石系由一种树獭Nothroth-eriops shastensis的粪便形成。此种树獭在该地区生活在2万年前，而在1万年前已在北美绝迹。从粪石中鉴定出8种植物的DNA(草本植物、刺叶玉兰、葡萄、薄荷等)，由于其结构全被树獭破坏，除DNA技术外是无法鉴定的。这一发现，为研究该地区古植被的变迁和树獭迁移的原因提供了重要信息^〔18〕。
3.3.3　努力提高分辨率
　　这几年用高密度同位素采样及分析技术以及由保加利亚Shopov倡导的石笋微层发光技术(LLMZA激光萤光微层分析)，在提高用石笋获取古环境信息的分辨率方面做了许多工作。据称可达年甚至日的分辨率。对美国、加拿大及保加利亚洞穴的石笋发光性研究，取得了很好成果。我国的刘东生对北京石花洞石笋^〔19〕，李彬对桂林盘龙洞石笋^〔20〕，也已开始了这方面工作，取得了新成果。岩溶动力学开放实验室同美国南加州大学李红春合作，用高精度同位素分析(1 cm 14个样)，研究荔蒲丰鱼岩一个13 cm高的石笋，揭示了小冰期及明清以来古环境的变化。
3.3.4　我国南方20万年来古环境变化的岩溶记录研究^〔21〕
　　通过近几年的工作，取得了以下进展：
　　(1) 新仙女木事件和全新世季风气候变化。通过对桂林盘龙洞1号石笋(总长1.22 m)底部16.3 cm地段的发光性、高精度稳定同位素和微量元素综合研究，揭示桂林地区新仙女木事件出现在11 300 a BP至10800 a BP之间，较最早通过孢粉认定该事件的斯堪的纳维亚地区(11 000～10 000 a BP)略早。过去在北大西洋深海沉积、格陵兰冰心、非洲、我国北方、西藏、华东地区均有此事件的研究成果，本项研究为南方岩溶地区的首次报道。同时对盘龙洞1号石笋上部地段的详细研究，论证了我国南方季风在全新世的变化过程：全新世早期亚洲季风逐渐加强；在全新世中期达最佳期(¹⁴C年龄7000～5700 a BP)，5700 a BP之后，夏季风逐渐减弱，到4500 a BP接近于目前气候。
　　(2) 明清以来桂林地区环境变化。对荔蒲丰鱼岩一个正在生长的长13 cm的石笋(F₄石笋)，在美国有关实验室作TIMS、²¹⁰Pb定年、高密度同位素(每厘米14个样，每个样代表5～10 a)及Mg/Sr比综合研究，不但揭示了1560 AD(明穆宗)至1880 AD(清光绪)之间的小冰期在南方的气候反映(氧同位素反差在－7.2‰至－6.0‰之间)，并可与北京石花洞的同位素记录对比，而且发现在1780年(清乾隆晚年)后δ¹³C的明显上升(由－12.5‰上升到－5.5‰)。经两次重复此种高密度连续剖面同位素测试(13 cm共采109个样)，均出现此现象，测试工作应无误。据对比，δ¹³C偏低，为C₃植物反映，而δ¹³C偏高，则为C₄植物(草本)反映。丰鱼岩F₄石笋碳同位素在1780年的明显变化，可能代表乾隆年代经济发展，大量采伐森林而造成森林退化的过程。此种分析如能得到充分证明，对今后研究南方岩溶地区石漠化机制是十分有用的。
　　(3) 初步建立了南方20万年来气候变化的石笋剖面。以桂林西北郊水南洞(水南1号石笋高246 cm，铀系年龄185～90.5 ka，氧同位素变化在－5‰～－9‰)和灌阳响水岩(石笋高183 cm，铀系年龄44～3.1 ka，氧同位素变化在－4‰～－7‰)两个石笋的资料建立古气候变化组合石笋剖面，桂林地区20万年来气候变化模式为：相当V28-238海洋岩心同位素记录的5、6阶段，在本区发生在128 ka BP。44～10.8 ka BP之间有几个冷事件，10.8 ka BP结束末次冰期进入全新世，新仙女木事件则记录于盘龙洞1号石笋的底部及响水岩石笋。
　　(4) 桂林地区1 000 ka BP以来环境变化的初步研究。在水南洞1号石笋之下尚有2.5 m厚的粘土夹钙华沉积层。进行了古地磁研究(在挪威彼尔根大学古地磁实验室测定)。该剖面对应于贾拉米格正向期。根据土层的磁化率、磁性矿物特征和钙华含量初步划分3个暖湿期和两个干冷期。

4　体会和建议

　　(1) 国际地质对比计划是就各种地学前缘问题进行的广泛的国际合作活动。通过这样的活动，我们既可以向国外介绍我国在该领域的最新成果，扩大国际影响，占据一席之地，还可以通过与国外同类地学问题的对比，扩大我们的视野，启迪新的思路,克服我们认识上可能存在的片面性，从全球角度更好地认识地球，同时，可以引出一些双边合作项目，利用国外先进测试技术，提高我们对某些地质问题的研究程度，培养青年人才。我们应积极发挥我国的地域优势，利用我们已有的科学积累，提出项目建议，成为某些项目的牵头国，争取在此种国际科学合作活动中处于更有利的地位。
　　(2) 我国的岩溶在国际上有明显的地域优势，既有南方岩溶石山生态问题，又有北方煤炭能源基地煤水矛盾这种重大的国民经济和资源环境问题。自从在岩溶研究中采用地球系统科学理论和方法以来，通过IGCP 299和IGCP 379两个项目的实践，揭示了岩溶在全球变化中的重要意义^〔22〕。它既涉及大气温室气体的源汇问题，又可提供研究全球环境变化趋势所必需的过去环境变化高分辨率信息，成为一个重要的地学前缘问题。IGCP 379所提出的科学问题，虽已取得重要进展，但为解决岩溶地区一系列资源环境问题，满足全球变化研究的需要，在许多方面还刚开始，还有许多事情要做，建议国家继续把岩溶研究作为重要的地球科学发展方向加以支持。
　　(3) 作为一个IGCP项目的牵头国，最重要的事情是带头做好在本国的有关研究工作，组织国内力量，实现本项目的科学目标，以推动整个项目顺利进行。为此，设立国内配套项目以保证必要的研究经费和研究条件，组织一支国家级的研究队伍是很重要的。
　　(4) 作为某个IGCP项目的组织国，应通过各种方式作好信息交流工作。在互联网络上建立主页，是一个很有效的方法，它不仅可快速方便地传递项目进展的最新信息，而且可扩大影响，吸引更多人来参加研究。但有些国家、有些科学家不具备进网条件，常规的信息交流方式，如出版Newsletter、举办学术交流会，还是必要的。

^*国家自然科学基金重点项目“中国典型岩溶动力系统与环境的相互作用与演变”( 编号：49632100)和国土资源部重点基础项目“我国典型岩溶环境系统的运动规律及其对 全球变化的影响”(编号：9501104)资助。

作者简介：袁道先，男，1933年8月出生，研究员，中国科学院院士，主要从事水 文地质、工程地质、岩溶学的研究。

作者单位：国土资源部岩溶地质研究所岩溶动力学开放研究实验室，广西　桂林　541004

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