刘再华简历

1刘再华简历姓名:刘再华;性别:男;出生日期,地点:1963年6月，湖南;民族:汉族。职称:研究员;博士生导师；专业:水文地质、岩溶水文生物地球化学、全球变化;学位:德国自然科学博士和博士后、中国工学博士；外语:英语；所在单位: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；国土资源部岩溶动力学重点实验室;地址:550002贵州省贵阳市观水路46号；541004广西桂林市七星路50号;Email:[e-mail];[e-mail],[e-mail]；电话：[phone]传真：[phone]主要学术成绩、创新点及其科学意义本人的学术成绩主要反映在国内外核心刊物上发表的81篇学术论文(含18篇第一作者SCI论文)及7部研究专著(3部为第一作者)中，主要学术成绩、创新点及其科学意义体现在岩溶作用动力学机理研究、岩溶水文生物地球化学自动化监测研究、碳酸盐溶解/沉积碳循环研究、钙华古气候环境重建与全球变化研究和其它应用研究等五个方面，它们形成了“岩溶水文生物地球化学与气候环境变化”的理论和应用体系框架。(一)岩溶作用动力学机理研究方面(1)发现了水流速对钙华沉积速率的控制及其机理，使岩溶作用机理的研究上升到物理、化学交叉的层次，同时揭示了四川黄龙和云南白水台钙华的内生成因，使科学解释黄龙和白水台钙华景观的形成原因有了理论和实验依据为了揭示世界自然遗产四川黄龙钙华沉积速率的控制机理，以便为钙华景观的保护和修复提供科学依据，自1991年来多次对黄龙沟进行了水化学、水动力、钙华沉积速率和碳稳定同位素的监测研究。由于CO2自水中大量逸出，黄龙钙华的沉积速率高达每年几毫米。通过测定边石坝、滩华上及水池内钙华的沉积速率，弄清了水动力条件对速率的控制。通过放置统一制作的大理岩试片(几何表面积21.6cm2)于上述部位水体中3-4天,然后取出称重，从试片重量的增加，获得了钙华沉积速率。结果表明，快速流动水体中(即边石坝和滩华处)的钙华沉积速率是慢速流动水体中(即水池内)的2-5倍，这清楚地说明水动力条件(流速)对钙华沉积速率的控制。2基于扩散边界层(DBL)模型的理论分析，进一步揭示了上述现象的物理、化学机制，即水的粘滞阻力产生固液界面间的扩散边界层，后者进一步控制着溶液中溶质的传输。具体地说，水流越快，DBL越薄，传输阻力越小，因而沉积速率越大。相关成果发表在国际SCI期刊GeochimicaetCosmochimicaActa[1995,当年期刊影响因子为2.921。据SCI引文检索，该文被他人引用达30次以上(详见论文引用证明)]和国内核心期刊地球化学(2003)。结合碳稳定同位素和水化学的分析，还揭示了四川黄龙沟和云南白水台泉水中CO2气的深部来源,第一次明确了黄龙沟和白水台的钙华属于内生成因类钙华，而非原来普遍认为的“是气候岩溶作用的产物”，使科学解释黄龙和白水台钙华景观的形成原因有了理论和实验依据。相关成果发表在国内核心期刊中国科学-D辑(2000)，国际SCI期刊EnvironmentalGeology(2003)和ChemicalGeology(2004)。这些研究成果的创新之处在于，发展深化了岩溶动力学理论，着重系统物理、化学特征的综合分析，首次在野外观测到了水动力条件对钙华沉积速率的控制，并作出了理论解释。其重要意义不仅在于可为类似岩溶景观资源的起源、形成、保护和修复提供科学依据，而且为进一步揭示岩溶作用的机理和岩溶水化学的成因、为利用岩溶记录(钙华、石笋等)进行古气候环境重建及为全球碳循环的研究提供了新的线索。(2)室内实验发现了碳酸盐岩溶解速率的水动力控制和CO2转换控制，其野外证实将揭开某些岩溶之迷，并对岩溶地区石漠化的控制，及大气中CO2的沉降研究具有重要的启发意义为了进一步从理论上深入探讨方解石溶解、沉积速率控制机理，进行了室内多条件变化实验研究。实验中的水动力控制通过使用旋转盘技术实现，即DBL厚度由旋速的改变来调节。鉴于方解石溶解实验较沉积实验在旋转盘条件中的优越性(即溶解只发生在旋转盘表面；而沉积则充满整个过饱和溶液，不利于资料的定量分析处理)及溶解和沉积包含相似的基元化学反应的事实，室内实验采用方解石溶解，由此得到的基本结论将同样适用于方解石沉积。实验样品主要采用大理岩和灰岩。样品被制成圆盘，嵌于特制的似圆锥型模具中，仅一面可被溶蚀。实验时，圆盘置于开放的CO2-H2O溶液中旋转，溶解过程由溶液电导率的自动连续监测获得。由于电导率和钙离子浓度的线性关系，因此溶液钙离子浓度随时间的变化d[Ca2+]/dt也可获得，从而方解石溶解速率为：F=(V/A)(d[Ca2+]/dt)其中V-溶液体积；A-旋转盘表面积。该实验装置可实现对系统温度、CO2分压、水动力条件(DBL厚度)等的控制。其中DBL厚度ε与旋转角速度ω在层流条件下存在以下Levich关系：ε=1.61(D/ν)1/3(ν/ω)1/2其中D-分子扩散系数；ν-水运动粘滞系数。因此通过改变上述实验条件，可探讨方解石溶解速率控制的物理化学机理。3实验结果表明，溶解速率与旋速有关，即旋速愈高，速率愈大，或DBL愈薄，速率愈大。另一方面，上述关系取决于系统的CO2分压。实验发现，CO2分压愈低，旋速对溶解速率的控制愈显著，反映出低CO2分压时速率的传输控制机理；然而当Pco20.01atm时，速率的传输控制已很微弱。上述实验结果用DBL模型进行了较为成功的预报。按照这一模型，溶液中CO2的慢速转换(CO2+H2OÆH++HCO3-)对速率的控制也非常重要，模型结果显示，Pco20.01atm时，速率与DBL厚度的关系微弱，反映出该条件下速率的CO2转换控制机理。为检验这一模型结论的正确性，将能显著地催化CO2转换反应的高分子生物催化剂碳酸酐酶(CarbonicAnhydrase,简称CA，自然界普遍存在于动物、植物和某些微生物中，并可进入水体)注入反应系统进行实验，结果发现，Pco20.01atm时方解石溶解速率提高约2～10倍，而低CO2分压时，溶解速率只有微弱增加，这明显地证明高CO2分压时速率的CO2转换控制机理。总之，上述野外和室内研究证明，DBL理论模型能以较满意的精度预测不同条件下方解石沉积或溶解的速率。预测的速率可近似地用以下线性速率定律表示：F=±α([Ca2+]eq-[Ca2+])其中：“+”和“-”分别指方解石溶解和沉积；[Ca2+]eq为与方解石平衡的钙浓度；[Ca2+]为溶液中的钙浓度；α-速率常数，取决于系统温度、CO2分压、DBL厚度和流动水层厚度。相关成果发表在国际SCI期刊GeochimicaetCosmochimicaActa[1997,当年期刊影响因子为2.696。据SCI引文检索，该文被他人引用达30次以上，详见论文引用证明)、EnvironmentalGeology(2005)和国内核心期刊地质学报(1998)。该项研究首次将高分子生物催化剂应用于旋转盘系统研究方解石溶解动力学，发现了碳酸酐酶(CA)对溶解速率的重要控制，而且区分不同的二氧化碳分压条件，弄清了CA控制的差异及其物理化学机理。这一发现的野外证实，将不但为岩溶形成机理的研究中化学溶蚀与水动力条件的相互关系提出定量模型，而且很可能揭开某些生物岩溶之谜，并将对全球碳循环的研究及岩溶石漠化治理产生重要的影响。(3)白云岩和石灰岩溶解机理的差异研究取得了新突破，从而为解释自然界主要的两类碳酸盐岩岩溶发育及相关资源和生态环境问题的差异提供了理论基础为揭示两类主要碳酸盐岩溶解速率控制的物理化学机理异同，进行了野外溶蚀试片观测试验、室内旋转盘模拟实验和DBL理论模型分析，发现白云岩的初始溶解速率比石灰岩显著偏低，前者仅为后者的1/3至1/8，且CO2分压愈低，两者差异愈大；对于石灰岩，能催化溶液中CO2转换的碳酸酐酶对于溶解速率的控制主要发生在高CO2分压时，如在Pco2=1atm条件下，加入碳酸酐酶后溶解速率的增加可达10倍；而对于白云岩，碳酸酐酶对溶解速率的控制则主要发生在低CO2分压条件下，且速率增加的程度明显降低，仅3倍左右；另一方面，4溶解速率对于水动力条件变化的敏感性，白云岩与石灰岩具有相似性，即均表现出低CO2分压时较高，高CO2分压时较低。然而在敏感程度上还是石灰岩较高。该成果刊登在国内核心期刊中国科学(B辑)(2001)和国际SCI期刊EnvironmentalGeology(2005)。(二)岩溶水文生物地球化学自动化监测研究方面开拓了我国岩溶水文生物地球化学自动化监测研究的新方向，并将“水—岩—气相互作用”概念引入到岩溶水化学的研究中利用多参数自动记录仪对广西桂林、贵州茂兰和广西弄拉岩溶试验场的降水量、水位、水温、pH值和电导率进行了监测，数据采集间隔根据参数变化的程度由2分钟到1小时不等。结果发现，表层岩溶裂隙水在洪水期间电导率呈升高的不寻常变化。与此相反，对于岩溶管道水，同样是在洪水期间，它的电导率却呈正常的降低趋势。考虑到HCO3-和Ca2+分别为地下水中主要的阴阳离子(90%)，及它们与电导率的线性关系，计算得到了洪水期间方解石的饱和指数(SIc)和水的CO2分压(Pco2)的变化情况。发现洪水时表层岩溶裂隙水的Pco2高于正常情况的Pco2，而它的SIc值比正常情况低。与此相对，对于岩溶管道水，尽管同一洪水期间其SIc降低，但Pco2也降低。从这些结果，可以推断，至少有两个关键的过程控制着洪水期间的水化学变化。一个是雨水的稀释作用，另一个是水—碳酸盐岩—CO2气的相互作用。然而，对于表层岩溶裂隙水来说，后者的作用可能更重要，即在洪水期间，高浓度的土壤CO2溶解于水中，则更具侵蚀性的水能溶解更多的石灰岩，从而增高水的电导率。而对于岩溶管道水，雨水的稀释作用更重要，因为研究区低电导率的雨水能更快地通过管道流出，所以，要了解岩溶系统水化学的变化，仅考虑水—岩相互作用是不够的，我们还必须重视CO2气体对岩溶系统中水化学变化的影响。总之，水—岩—气相互作用的概念必须引入岩溶水化学的研究中。该新概念的引入也使我们在广西弄拉和贵州茂兰发现的干季表层岩溶泉水水化学日动态(白天pH降低、电导率升高，而晚上pH升高、电导率降低)的解释变得更为清晰，即与表层岩溶带植物根系呼吸作用释放的CO2呈现周期性波动（白天高而晚上低）有关。自动监测还发现桂林岩溶试验场和广西弄拉岩溶管道水的pH值在暴雨后是升高的。进一步对桂林雨水的pH值和电导率随降雨过程的变化进行了自动监测，发现降雨开始时桂林雨水具有异常高的pH值和电导率(最高分别达7.50和210µs/cm),随后pH值和电导率又逐渐降低。雨水pH值和电导率的高值反映了人类活动造成的大气碳酸盐岩粉尘溶解对其水化学的影响，后者进一步造成了对岩溶地下水特别是岩溶管道水水化学动态的影响。该项研究也给了我们一个重要的启示，那就是，岩溶动力系统对环境变化具有特殊的敏感性，因此，在岩溶地调和科研工作中，我们必须重视岩溶动力系统的自动化监测研究，以便发现常规手动监测无法揭示的短“寿命”水位和水化学快速变化，大大提高岩溶水资源调查的精度。同时，本研究对传统的岩溶水化学取样方法提出了质疑，它要求我们重新审定水质和水化学采样的密度(特5别是考虑暴雨动态和日动态等)。本研究方向进展的详细情况已载国际SCI期刊HydrologicalProcesses(2004)、GroundWater(2004)和JournalofHydrology(2007)。(三)碳酸盐溶解/沉积作用碳循环研究方面在土壤CO2含量和岩溶泉水溶解无机碳的日、季节、多年和暴雨动态规律及两者的因果联系发现的基础上，定量评价了碳酸盐溶解/沉积、全球水循环和水生生物光合共同作用对全球碳循环的贡献，发现全球水循环中的溶解无机碳可能是重要的大气CO2汇，为找寻“全球遗失碳汇”的研究