酸雨对碳酸盐岩表面溶蚀作用及其环境效应——以桂林、柳州市区为例

摘要

本研究分别在柳州三个酸雨监测点和八个试片摆放点、桂林的四个酸雨监测点和六个试片摆放点经行酸雨资料收集和溶蚀试验，并对碳酸盐岩试片经行室内试验，计算机模拟和电镜扫描等研究。可以给岩溶生态系统的环境问题的解决提供科学资料，同时也为了给酸雨对碳酸盐岩的表面溶蚀作用及其环境效应提供定量的科学依据，本文得到以下结论：
　　 (1)本研究所选研究区的酸雨情况比较严重。相对而言，柳州重酸雨的情况得以改善，体现在北边的长塘医院雨水监测点连续两年雨水年平均值pH大于5.6。桂林酸雨状况与前二十年相比大大加重。3个雨水监测点两年的雨水年平均值pH都小于5.6。
　　 (2)室内溶蚀试验发现在低pH、高降雨量的条件下，灰岩的溶蚀速率明显比低pH、低降雨量的条件下灰岩溶蚀速率高出一个数量级，达到lO-5mmol/cm2·h。证明雨水的酸度、降雨量是影响溶蚀速率的重要因素。
　　 (3)酸雨所造成的碳酸盐岩溶蚀率与酸雨强度和野外碳酸盐岩溶蚀速率有关，计算得出由酸雨所造成的碳酸盐岩溶蚀率中，桂林市区略快于柳州市区。
　　 (4)室外溶蚀试块显示，泥晶灰岩溶蚀速率明显比其他试块的溶蚀速率大一个数量级。这与试块的粒度结构和溶解度有关。柳州气象局的两块亮晶灰岩试块为溶蚀速率基本类似，岩溶所、柳州气象局、龙泉山的亮晶灰岩试验溶蚀速率相差不大，而丫吉露天亮晶灰岩溶蚀速率最小。SURFER模拟出试块的侵蚀后的平面图，可以看出岩溶泉中试块被侵蚀得凹凸不平，放置在岩溶所的试块表面较为平滑。主要原因可能在于岩溶泉内溶蚀的主导因素为物理侵蚀与化学溶蚀综合作用，而市内的亮晶灰岩试块起主导作用的可能为是化学溶蚀（以酸雨溶蚀为主）。
　　 (5)电镜扫描显示试片在强酸雨、弱酸雨、树木作为缓冲体的强酸雨三种情况下的微型态。三者的结构特点表明了酸雨对方解石溶蚀强度的强弱。
　　 (6)使用PHREEQC计算典型雨水对于碳酸盐岩溶蚀能力的三个饱和指数：SI(cal）、S(dol)、SI(gyp)。结果显示：SI(cal)和SI(gyp)变化范围大致相同。S(dol)变化范围比较大，并且值均要比之前SI(cal)和SI(gyp)大。此外，由于某些离子(如强酸雨中没有HCO3-)的缺失会导致无模拟结果，这种情况下，实际的饱和指数要小于平均饱和指数。
　　 (7)研究区由酸雨产生的C02源为61.118×108g/a，其中桂林市区速率为47.238X108g/a，柳州市区速率为13.88×lO8g/a。单位面积源桂林与柳州分别为78.9411×105g/a·km2和21.3354×105g/a·km2，虽然低于两地的单位面积汇分别为273.8916105g/a·km2与43.66044105g/a·km2，但已不容忽略。

目录

文摘

英文文摘

第1章 引言

1.1 研究目的和意义

1.2 研究进展及现状

1.2.1 碳酸盐岩的溶蚀机理

1.2.2 对岩溶生态的影响

1.2.2 酸雨对碳循环中碳源影响的研究

1.3 本文研究目标及方法

1.3.1 研究日标

1.3.2 研究方法

1.3.3 技术方案

1.3.4 本文主要创新点

1.4 本章小结

第2章 研究区概况及酸雨分布概括

2.1 本文中酸雨监测点以及试片、试块摆放点

2.2 仪器以及雨水检测方法

2.3 桂林市区概况以其酸雨分布概况

2.4 柳州市区概况及其酸雨分布概括

2.5 研究区酸雨异同比较及发展趋势

2.5.1 研究区酸雨相同点

2.5.2 研究区酸雨不同点

2.6 研究区酸雨发展趋势

2.7 本章小结

第3章 雨水对碳酸盐岩溶蚀速率测定及机理研究

3.1 室内雨水试片溶蚀试验

3.1.1 试验方法

3.1.2 实验结果与分析

3.1.3 本节小结

3.2 野外溶蚀试片试验

3.2.1 柳州溶蚀试片实验

3.2.2 桂林溶蚀试片试验

3.2.3 室内与野外溶蚀实验对比

3.3 野外板砖溶蚀试验

3.3.1 碳酸盐岩侵蚀速率精确测定的意义的目的

3.3.2 微侵蚀计的结构及其测定步骤

3.3.3 碳酸盐岩试块的选取、加工及原始数据的测量

3.3.4 碳酸盐岩溶蚀速率的测定以及其数据处理

3.4 本章小结

第4章 酸雨对研究区碳源效应粗略估算

4.1 C02源计算分区

4.2 酸雨作用产生的大气C02源的计算方法

4.3 计算过程与结果

4.3 结论及问题讨论

4.3.1 结论

4.3.2 讨论

第5章 酸雨对碳酸岩盐表面溶蚀其它环境效应

5.1 意义

5.2 酸雨对碳酸岩盐表面溶蚀的结构特点分析

5.2.1 方解石试片原始结构特点

5.2.2 方解石试片经过弱酸雨溶蚀结构特点

5.2.3 方解石试片经过强酸雨溶蚀结构特点

5.2.4 典型酸雨地点试片溶蚀结构特点

5.2.5 酸雨对树木下试片溶蚀结构特点

5.3 软件模拟酸雨对露天碳酸岩盐表面溶蚀强度探究

5.4 本章小结

第6章 结论以及讨论

6.1 结论

6.2 问题讨论

致谢

参考文献

附录

个人简历、申请学位间的研究成果及发表的学术论文