石筍是洞穴次生碳酸鹽的一種,是由含Ca2+和HCO3-的洞穴滴水滴到洞穴地面后,水中碳酸鈣在一定條件下過(guò)飽和析出,經(jīng)年復(fù)一年沉積形成。石筍是古氣候研究的重要地質(zhì)材料之一,其優(yōu)勢(shì)在于空間分布廣、適合U-Th和U-Pb精確定年、氣候代用指標(biāo)豐富、記錄較連續(xù)、時(shí)間跨度較大、相互對(duì)比性強(qiáng)和采樣成本低等，以上有利因素使得洞穴石筍在全球氣候變化研究領(lǐng)域有著不可替代的重要作用（程海等，2019）。傳統(tǒng)研究中主要依靠石筍中碳氧同位素等技術(shù)手段，最近一項(xiàng)新的研究指出石筍顏色中的紅度與古氣候變化同樣存在一定聯(lián)系（圖1），相關(guān)研究成果發(fā)表在最新一期Quaternary International上。

圖1 西班牙北部Goikoetxe洞穴中紅色石筍

來(lái)自西班牙的V. Martínez-Pillado及其團(tuán)隊(duì)選取西班牙北部Goikoetxe洞穴中不同色澤的石筍（圖2），利用X射線熒光光譜儀、紫外發(fā)光、拉曼光譜、傅里葉變換紅外光譜等巖石學(xué)分析方法，查明了石筍形成過(guò)程中洞穴上覆沉積物的有機(jī)質(zhì)是紅層形成的主要原因。

圖2?不同色澤的石筍，其中Moreno為紅色石筍

研究表明，這些石筍中紅色沉積的洞穴外普遍發(fā)育有厚層的土壤層和良好的植被狀態(tài)。在適宜的氣候條件下，土壤層中的腐殖酸和富里酸等有機(jī)質(zhì)隨雨水沖刷而成。與此同時(shí)，研究者查明了石筍中紅度值受有機(jī)質(zhì)含量多少而形成的不同旋回，而這種周期性變化與洞穴周邊的氣候環(huán)境變遷密切相關(guān)。在此基礎(chǔ)上，研究者結(jié)合石筍測(cè)年結(jié)果，獲取了洞穴周邊區(qū)域內(nèi)距今近5000-7000年古氣候變遷歷史（圖3）。

圖3 基于Moreno石筍的亮度（黑線）和紅度（紅線）重建古氣候變遷歷史

該項(xiàng)研究成果豐富了石筍在高精度古氣候重建中的指標(biāo)應(yīng)用成果，為研究年季尺度下高精度氣候演化歷史提供了新的方法，具有重要的應(yīng)用潛力。上述研究成果發(fā)表在最新一期的Quaternary International上，詳情請(qǐng)點(diǎn)擊下方閱讀原文，查閱文章。

參考資料：

1.V. Martínez-Pillado et al.?The red coloration of Goikoetxe Cave's speleothems (Busturia, Spain): An indicator of paleoclimatic changes,?Quaternary International?(2020). DOI: 10.1016/j.quaint.2020.04.006

2. 程海等.中國(guó)石筍古氣候研究的回顧與展望,中國(guó)科學(xué)(地球科學(xué)).2019,49(10):1565-1589.

3. CENIEH,?Possible relationship between the red color of stalagmites and paleoclimatic changes,?Phys.org. https://phys.org/news/2020-04-relationship-red-stalagmites-paleoclimatic.html (accessed April. 19, 2020).