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系統識別號 U0026-0608201011454000
論文名稱(中文) 南臺灣大氣降水氫氧同位素及元素之地球化學特徵
論文名稱(英文) The Stable Isotopes and Elemental Concentrations in Rainwater of Southwestern Taiwan
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 地球科學系專班
系所名稱(英) Department of Earth Sciences (on the job class)
學年度 98
學期 2
出版年 99
研究生(中文) 梁獻尹
研究生(英文) Hsieh-Yi Liang
學號 l4797110
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 64頁
口試委員 指導教授-李紅春
口試委員-陳燕華
口試委員-張詠斌
中文關鍵字 南臺灣  大氣降水  同位素  元素 
英文關鍵字 Isotopes  elemental concentrations 
學科別分類
中文摘要 西元2009年,我們持續收集南臺灣的雨水,分別在高雄市壽山(2009/3 / 7〜2010/4 / 29),高雄縣岡山鎮(2009/3 / 6〜2009/6 / 21)以及高雄縣阿蓮鄉(2009/3 / 29〜2009/7 / 25),共計有75個樣本,δD = 11.5 + 8.47δ18O(R2 = 0.97),其中以壽山的雨水δD = 9.78 + 8.19δ18O(R2 = 0.97,n =47)較符合全球大氣降水線。六月份以前的降雨一般來說較小,故臺灣西南部同位素值相對較重。自六月份開始,颱風侵襲臺灣並帶來了豪大雨,因每個颱風的行進路線不同,並非所有的大雨都造成輕同位素值。例如,六月18~21日來自南中國海的蓮花颱風,由於從海上登陸時間較短,距離海洋蒸發氣團近,同位素分餾小,而造成雨水δD與δ18O值較重。另一方面,在七月12~17日的降雨不是由颱風帶來的豪雨其δD與δ18O值較小。這個氣團可能來自臺東海面,在穿過中央山脈時,氣團經過多次降雨,同位素分餾導致較乾淨的雨水及輕同位素。莫拉克颱風在一天內達到極高的雨量,但由於莫拉克颱風的行進方向是從太平洋往西移動,雨水中的δD與δ18O相對較輕,在進入南臺灣之後,又吸收西南海域氣流,使其同位素值變重,從其雨水中元素含量相對較高,特別是鋇、鍶和鎘,可以得出這一推測。由於颱風的行進路線對水汽來源起重要作用,在很大程度上影響雨水穩定同位素組成,所以雨水穩定同位素值與降雨量沒有明顯的負相關。
壽山站全年降雨量的加權平均δD及δ18O值分別為-57.87‰及-8.55‰(SMOW)。這些加權平均價值接近地表水的δD與δ18O值。以莫拉克颱風為例,因颱風所產生的豪大雨,δD與δ18O值較輕是正常的。這種概念也可幫助我們重建古颱風活動。我們的結果指出,有必要檢驗連續幾年降雨的穩定同位素組成,以了解台灣西南部降雨量和降雨軌跡的影響。利用穩定同位素的記錄能使古氣候重建更加完善。
英文摘要 Rainwater were collected in Shoushan (2009/3/7 ~ 2010/4/29) of Kaohsiung City, Gangshan Township (2009/3/6 ~ 2009/6/21) of Kaohsiung County and Alian Township (2009/3/29 ~ 2009/7/25) of Kaohsiung County in the southwestern Taiwan. A total of 75 samples yield a correlation of δD = 11.5 + 8.47δ18O (R2 = 0.97), but Shoushan data with a correlation of δD = 9.78 + 8.19δ18O (R2 = 0.97, n =47) fit the best in the Global Meteoric Water Line. Rainfall events before June in the southwestern Taiwan are generally small with relatively heavy isotope values. Starting from June, typhoon begins to invade Taiwan and brings heavy storms. However, depending on the storm tracks, not all heavy storms have light isotopic values. For instance, LINFA typhoon was from South China Sea during June 18-21. The rainwater from this storm had heavy δD and δ18O due to short traveling distance and less fractionation. On the other hand, the heavy storm not related to typhoon during July 12-17 had very light δD and δ18O, and low elemental concentrations. This storm might come from east Taiwan. After the storm across the central mountain range, washout effect led to clean rain and light isotopic composition. For MORAKOT typhoon, the rainfall amount in a single day was extremely high. Due to the storm track was from the Pacific, the δD and δ18O of the rain were relatively light. However, the rainwater contained relatively high elemental concentrations, especially high Ba, Sr and Cd. This is because typhoon MORAKOT was sucking moisture from South China Sea. Nevertheless, there is no simple negative correlation between stable isotopic compositions and rainfall amount when the storm track played an important role on the isotopic values.
Shoushan station yields the weighed average δD and δ18O values were -57.87‰ and -8.55‰ (SMOW), respectively. These weighted average values are close to the δD and δ18O values of the surface water from the location. Taking MORAKOT typhoon as an example, the heavier rainfall generated by typhoon, the lighter δD and δ18O values should be. Such a concept may enable us to reconstruct paleo-typhoon events. Our results indicate that it is necessary to monitor the stable isotopic composition of rainfall continuously over several years to understand the effects of rainfall amount and storm track on the isotope values in southwestern Taiwan. In so doing, paleoclimate reconstruction based on stable isotope records can be better understood.
論文目次 目錄
摘要 …………………………………………………………I
Abstract ……………………………………………………………………………………Ⅲ
誌謝 ………………………………………………………………Ⅴ
目錄 ………………………………………………………………Ⅵ
表目錄 ………………………………………………………………Ⅷ
圖目錄 ………………………………………………………………Ⅸ

第一章 前言 ………………………………………………………1
1.1研究背景 ……………………………………………………1
1.2研究目的 ……………………………………………………2
1.3前人研究 ……………………………………………………3
第二章 原理 ………………………………………………………7
2.1洞穴石筍形成基本原理 ……………………………………7
2.2同位素分化原理 ……………………………………………8
第三章 研究區域介紹 ……………………………………………12
3.1臺灣西南部介紹 ………………………………………12
3.2採樣區域介紹 …………………………………………16
3.2.1高雄壽山地區 …………………………………16
3.2.2阿蓮鄉大崗山 …………………………………17
第四章 樣品採集與儀器分析 ………………………………20
4.1樣品採集………………………………………………20
4.2儀器分析………………………………………………21
4.2.1 TC/EA高溫裂解元素分析儀………………21
4.2.2 ICP-OES感應藕合電漿放射光譜儀………22
第五章 研究數據與結果……………………………………23
5.1雨水氫氧同位素分析結果 ………………………………23
5.1.1雨水氫氧同位素與降雨量分析………………………23
5.1.2雨水氫氧同位素與氣溫分析…………………………40
5.1.3雨水氫氧同位素與氣團來源分析……………………43
5.2雨水中所含元素分析結果………………………………49
第六章 結論 ……………………………………………57
參考文獻 …………………………………………………58
附錄一、壽山站洞穴水和河水氫氧同位素測定結果……64


表目錄
表5-1 壽山站雨水樣品氫氧同位素測定結果………………………………26
表5-2 岡山站及阿連站雨水氫氧同位素測定結果…………………………28
表5-3 壽山站雨水同位素加權平均 ………………………………………29
表5-4 岡山站雨水同位素加權平均 ……………………………………32
表5-5 阿蓮站雨水同位素加權平均 ……………………………………32
表5-6 高雄、岡山及阿蓮氧同位素逐月加權平均值……………………40
表5-7 壽山站雨水化學元素濃度,以及Mg/Ca、Sr/Ca、Mg/Sr
的比值 ……………………….…………………………………………….51
表5-8壽山站雨水化學微量元素濃度………………………………………54


圖目錄
圖2-1 同位素降雨效應示意圖……………………………………………9
圖3-1 臺灣西南部區域圖………………………………………………12
圖3-2 南部區域1980~2009之年均溫變化……………………………13
圖3-3 南部地區逐月均溫比較圖………………………………………14
圖3-4 南部地區每月平均雨量比較圖…………………………………15
圖3-5 南部地區每年總雨量比較圖……………………………………15
圖3-6 雨水收集地點 …………………………………………………18
圖3-7 壽山鐘乳石洞洞穴滴水…………………………………………19
圖3-8 大崗山減肥洞洞穴滴水…………………………………………19
圖4-1 TC/EA高溫裂解元素分析儀……………………………………21
圖4-2 TC/EA近樣系統…………………………………………………21
圖4-3 ICP-OES感應藕合電漿放射光譜儀……………………………22
圖5-1 壽山站大氣降水線………………………………………………23
圖5-2 三測站大氣降水線………………………………………………24
圖5-3 壽山站雨水氧同位素對應雨量圖………………………………34
圖5-4 壽山站雨量與氧同位素相關圖…………………………………35
圖5-5 壽山站同位素逐月加權平均對應月累積雨量 ………………36
圖5-6 岡山站雨水氧同位素對應雨量圖 ……………………………37
圖5-7 岡山站雨量與氧同位素相關圖 ………………………………37
圖5-8 阿蓮站雨水氧同位素對應雨量圖 ……………………………39
圖5-9 阿蓮站雨量與氧同位素相關圖 ………………………………39
圖5-10 壽山雨水氧同位素加權平均對應月均溫 ……………………41
圖5-11 雨水氧同位素加權平均與月均溫、月累積雨量關係圖……42
圖5-12 2009.6.18連續衛星雲圖(午後對流雨) ……………………44
圖5-13 蓮花颱風行進路線圖 …………………………………………45
圖5-14 2009.7.13 連續衛星雲圖(低壓系統)………………………46
圖5-15 莫拉克颱風行進路線圖 ………………………………………47
圖5-16 2009.8.7~2009.8.8連續衛星雲圖(莫拉克颱風)…………48
圖5-17 壽山雨水氧同位素與K、Na值對應圖…………………………49
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