岩溶水对不同环境的响应以及其与大气CO2源汇的关系－基于热力学的研究

碳酸盐岩是最大的无机碳库。这一无机碳库对全球变化的响应是目前科学界关心的一个重要问题。岩溶水是对外界气候和环境最敏感的介质。因此，认识不同环境条件下岩溶水体系对大气CO2源汇的贡献是认识碳酸盐岩无机碳库对全球变化响应的基础。 前人基于平衡常数热力学途径对岩溶水体系有一定的研究。本研究从热力学另一途径即吉布斯自由能原理出发，建立岩溶水体系（以方解石为例）的化学平衡式，采用Mathematic数学软件建立了岩溶水体系各组分的多参数方程，对其进行计算处理，本文主要对以下4个方面的内容进行了研究。 1. 对两种热力学途径计算值进行方差显著性分析，结果显示：基于吉布斯自由能途径的热力学方法是研究岩溶水SIc、pco2的有效方法，且其比平衡常数热力学途径的已有程序应用性更普遍，可应用于任一岩溶水体系的研究。 2. 研究了岩溶水对环境变化的响应。结果显示，岩溶水温度（T）、压强（p）、离子强度（I）、pH值的变化以及离子对存在与否等分别对岩溶水体系组分有重要的影响。其中，pH值对岩溶水体系组分的影响最大。 3. 对世界范围内不同岩溶地区140组实例岩溶水（河水、溪水等）进行研究，根据岩溶水体系SIc计算值，判定在所处环境条件下岩溶水体系与大气CO2源汇的潜在关系。结果显示，（1）河水、溪水、湖水等岩溶水在所处环境条件下释放CO2，因而是大气CO2的潜在源。（2）地下水在所处环境条件下是大气CO2潜在的汇。（3）泉水在所处环境条件下一部分是大气CO2潜在的源，另外一部分则是大气CO2潜在的汇。 4．对1993年、2002 ~ 2005年每年6月份红枫湖水SIc进行了计算并分析其变化趋势，结论如下：（1）据1993年以及近几年（2002 ~ 2005）监测的pH值，红枫湖水的pH值呈逐渐下降的大趋势。（2）红枫湖水1993年、2002 ~ 2005年每年6月份SIc呈下降的大趋势。这与对应年份红枫湖水pH值变化一致。红枫湖水SIc从1993年6月份的正值转变成2005年6月份的负值。这表明红枫湖水由发生方解石的沉积向发生方解石的溶解转变。 　　我们的研究表明，从吉布斯自由能途径热力学方法出发，不仅可以从理论上讨论岩溶水体系对岩溶环境差异的响应，而且也可应用于实例研究。特别是研究近年来西南地区酸雨对岩溶水体系的影响。因此，吉布斯自由能途径是一较好的方法。