陕西省科学技术协会科普宣传专栏 了解那些记载气候环境变化信息的“宝贝”

实验室的砗磲样品。

志愿者讲解石笋和钟乳石的形成。

　　张梅 文/图

　　溶洞中都有哪些生物呢，溶洞中哪些是石笋，哪些是钟乳石，哪些是石柱，它们是彩色的吗？它们都有什么区别呢？砗磲是什么啊？砗磲能吃吗？砗磲自己吃什么啊？砗磲怎么生小宝宝……

　　在中国科学院地球环境研究所的主题公众开放活动中，参与公众在科普志愿者的带领下找到了这些问题的答案。这一期，我们通过公众开放活动，了解那些记录着地球气候环境变化信息的“宝贝”。

　　溶洞中的石笋和钟乳石并不像我们平常旅游中所见到的五光十色，绚烂无比，那是旅游开发者打上灯光后的效果，他们实际非常低调，一般自然的溶洞深处都是暗无天日的。在喀斯特地区，由于滴水的作用，溶洞中会形成各种各样的自然景观，例如石笋，钟乳石，石柱，石幔，石花，鹅管等。溶洞里长期无光，所以会衍生出一些无眼食人鱼和洞螈等视力退化的生物。科学家们通过各种地球化学手段提取石笋中包含的气候信息便可得知过去气候的变化。

　　那么，石笋和石钟乳有什么区别呢？钟乳石又称石钟乳，是指碳酸盐岩地区洞穴内在漫长地质历史中和特定地质条件下形成的石钟乳、石笋、石柱等不同形态碳酸钙沉淀物的总称。钟乳石的形成往往需要上万年或几十万年时间。由于形成时间漫长，钟乳石对远古地质考察有着重要的研究价值。

　　石笋和石钟乳是怎样形成的？碳酸钙遇到溶有二氧化碳的水时，会反应生成溶解性较大的碳酸氢钙；溶有碳酸氢钙的水遇热或当压强突然变小时，溶解在水里的碳酸氢钙就会分解，重新生成碳酸钙沉积下来，同时放出二氧化碳。洞顶的水在慢慢向下渗漏时，水中的碳酸氢钙发生上述反应，有的沉积在洞顶，有的沉积在洞底，日久天长洞顶的形成石钟乳，洞底的形成石笋。简单说就是，自下向上生长的是石笋，从上往下生长的是石钟乳。

　　砗磲被认为是海洋瑰宝。砗磲是海洋中最大的贝壳类生物，在气候研究领域的地位和珊瑚类似。砗磲具有明显的生长纹层，分辨率能到月甚至是天。利用其中的氧同位素、锶钙比并结合其他器测记录就能够精确反演过去百年甚至千年的气候变化和海表温度变化。

　　砗磲是目前海洋中最大的双壳类贝壳，它的碳酸盐壳体具有清晰的年纹层，是一种理想的高分辨率古气候研究载体。在地球环境研究所流传着这样的“故事”：如果哪位参观者能一个人将1.2米的大砗磲从5楼实验室搬到1楼，这个大砗磲宝贝就送给他。至今，没有人能挪动它，因为这个大宝贝重达300斤，需要2—3个成年男子才能抬得动。

　　近年来，地球环境所对南海砗磲开展了细致的研究并取得了显著的进展。同时，砗磲与珊瑚的集合研究则表明，砗磲与珊瑚记录的结合将有可能获得连续的、准确可靠的、月分辨率的定量热带海洋温度记录，这对研究人员准确了解晚全新世地球气候变化历史有重要意义。

　　在四季变化明显的地区，树木一般每年形成一个生长轮，即年轮。年轮的宽窄同当年的降水或温度关系十分密切，故可以用于恢复古气候，是一种定年最简便，参数最客观的代用资料。树轮具有层状结构，通过一层一层的宽窄变化，也能够提取到气候变化的信息。

　　在一般情况下，在高纬度地区的森林分布北界，树轮资料能够提供历史时期温暖季节的温度变化规律；典型干旱或半干旱地区的树轮记录更多反映了湿度或降水的波动信息。同时，对年轮密度分析是树轮研究方法上的重要突破。年轮密度是某年生长季节与前期生长影响的综合结果，表现出一种平均的生长状况，在同一年轮内可有不同的变化，因而在同一年轮内，根据密度变化可以看出生长早期、晚期的气候条件，具有更高的时间分辨。

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