洞穴石筍中氧同位素在恢復(fù)古氣候中的應(yīng)用

1、洞穴石筍中氧同位素在恢復(fù)古氣候中的應(yīng)用1目錄前言石筍氧同位素與溫度的定性關(guān)系石筍氧同位素與降水量的變化石筍氧同位素與季風(fēng)的變化結(jié)語(yǔ)2前言近幾十年來(lái),許多科學(xué)家分別應(yīng)用沉積巖、河流沉積物、湖泊沉積物、深海和淺海沉積物、黃土、古土壤、古風(fēng)化殼、洞穴石筍、珊瑚、冰川冰芯、孢粉組合、樹(shù)木、植物殘?bào)w以及地貌地形等載體來(lái)研究古氣候和古環(huán)境。在對(duì)這些載體的研究中，石筍具有高精度準(zhǔn)確定年等優(yōu)勢(shì)，成為全球古氣候?qū)Ρ鹊臉?biāo)尺，對(duì)晚第四紀(jì)氣候在時(shí)間和空間變化的研究有著極為重要的科學(xué)意義。3目前對(duì)石筍的研究主要集中在利用各種環(huán)境代替指標(biāo)來(lái)重建古氣候并提取高精度的古環(huán)境和古氣候信息方面，而石筍中氧同位素是重建古氣候較為理

2、想的指標(biāo)。自O(shè)Neil等人和Hendy系統(tǒng)提出以洞穴碳酸鹽及其氧同位素來(lái)重建古氣候的方法以來(lái)，該領(lǐng)域的研究已取得了不少成就。20世紀(jì)80年代末90年代初，用石灰?guī)r洞穴內(nèi)生長(zhǎng)的石筍樣品進(jìn)行氧同位素測(cè)定，得出了石筍生長(zhǎng)時(shí)期的溫度變化曲線。除溫度外，石筍中的氧同位素還承載著降雨量和季風(fēng)的信息。4石筍氧同位素與溫度的定性關(guān)系目前，石筍 對(duì)溫度的指示意義存在兩種截然不同的解譯，一種情況是 和溫度呈正相關(guān)，另一種情況是 值與溫度呈負(fù)相關(guān)。我國(guó)石筍的研究多集中在京津、長(zhǎng)江中下游(靖南京)和西南巖溶區(qū)(廣西、貴州和云南)。對(duì)京津、陜南和湖北清江等地巖溶物研究表明其 值的變化與地面溫度呈正關(guān)系；對(duì)南京、廣西和云

3、貴高原地區(qū)的巖溶沉積究表明 值的變化則與地表溫度呈負(fù)相關(guān)。這兩種觀點(diǎn)似乎以長(zhǎng)江為界。5王兆榮等對(duì)浙江地區(qū)的洞穴石筍研究分析后獲得浙江臨安瑞晶洞穴 變化與溫度變化的相關(guān)關(guān)系圖(圖1)。可以清楚地發(fā)現(xiàn)，兩者之間在變化趨勢(shì)上明顯存在一種負(fù)相關(guān)性。圖1浙江臨安瑞晶洞穴石筍的 與古 溫度的變化關(guān)系6 綜合分析可以看出，在我國(guó)中高緯度地區(qū)，越向大陸內(nèi)部， 與溫度之間的正相相關(guān)關(guān)系越密切，而在中低緯度地區(qū)和青藏高原南部，兩者之間的負(fù)相關(guān)性較為顯著。7石筍氧同位素與降水量的變化在中低緯的東亞季風(fēng)區(qū)，石筍的 值大小主要反映夏季風(fēng)降水量變化。在石筍同位素平衡的條件下，降水量越大， 值就越?。▓D2）。降雨量與石筍

4、值的這種負(fù)相關(guān)關(guān)系被稱為降水量效應(yīng)。在我國(guó)，降水量效應(yīng)主要分布在東南沿海、云貴高原和青藏高原。8 貴陽(yáng)5年降雨量和降雨中 對(duì)比圖9石筍氧同位素與季風(fēng)的變化研究表明，某一地區(qū)降水汽團(tuán)的 值是該汽團(tuán)從源地遷移距離的函數(shù)。根據(jù)同位素分餾原理，輕同位素趨向于汽相中富集，重同位素則趨向于液相中富集。因此，降水汽團(tuán)運(yùn)移的時(shí)間、距離越大，汽團(tuán)凝聚次數(shù)越多，則造成其 偏輕。10當(dāng)亞洲夏季風(fēng)盛行時(shí)，長(zhǎng)距離的水汽輸運(yùn)(遠(yuǎn)的水汽來(lái)源)、豐沛的降水(總降水量大)和相對(duì)暖的氣候(溫度高)均有利于 在同位素分餾過(guò)程中負(fù)偏，因而石筍碳酸鹽的 也就偏負(fù)；反而，亞洲夏季風(fēng)偏弱時(shí)，水汽輸運(yùn)的距離短，降水量小，加上相對(duì)偏低的氣溫，

5、石筍氧同位素組成偏正。11結(jié)語(yǔ)盡管石筍古氣候研究已經(jīng)取得了引人矚目的成果，但目前的研究還存在很多需要解決的問(wèn)題：1）石筍的生長(zhǎng)機(jī)理。到底在什么樣的氣候背景下有利于石筍的生長(zhǎng)，不同的區(qū)域石筍生長(zhǎng)有何特征。這些都是重建古氣候變化的重要因素。2）氧同位素對(duì)氣候的指示意義一直沒(méi)能量化，因此還需要進(jìn)一步的對(duì)比研究予以討論。3）對(duì)洞穴碳酸鹽的 氣候意義的解譯在不同地域存在不確定性。因此，要更好理解石筍形成過(guò)程中的同位素機(jī)理及其環(huán)境意義,必須詳細(xì)研究石筍形成的洞穴內(nèi)現(xiàn)代碳酸鹽水體系的同位素特點(diǎn)。12參考文獻(xiàn)：【1】甄治國(guó)，鐘巍，薛積彬，劉偉。洞穴石筍氧同位素古氣候重建應(yīng)用J。華南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，

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