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西南大學(xué)研究發(fā)現(xiàn)石筍記錄第四紀(jì)氣候變化

2009年，李廷勇在喀斯特地貌明顯的金佛山羊口洞，發(fā)現(xiàn)鈾濃度極高的石筍?！巴ㄟ^(guò)鈾含量衰變的規(guī)律，可以測(cè)算出石筍的‘年齡’?！崩钔⒂抡f(shuō)，羊口洞罕見的高鈾濃度石筍，為獲取準(zhǔn)確的地質(zhì)年代奠定了基礎(chǔ)。

此后7年，李廷勇帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)陸續(xù)從洞穴收集倒塌的石筍樣本，并與國(guó)內(nèi)外多所高校開展合作，最終通過(guò)放射性衰變序列的方法，精確測(cè)定其中一段石筍沉積于距今5.8至7.9萬(wàn)年間。此外，團(tuán)隊(duì)通過(guò)該石筍高分辨率的氧18同位素比值變化的記錄，精確重建了距今5.8至7.9萬(wàn)年之間亞洲夏季風(fēng)變化的歷史。

“在亞洲季風(fēng)區(qū)，夏天的降水都由夏季風(fēng)帶來(lái)。此次我們發(fā)現(xiàn)亞洲夏季風(fēng)變化不僅受北半球高緯度地區(qū)氣候變化的影響，還受到熱帶海洋以及南半球氣候的影響?！崩钔⒂陆榻B，在全球氣候變暖的情況下，各種極端天氣頻發(fā)，未來(lái)需要分析地球氣候系統(tǒng)本身的變化規(guī)律，然后綜合人類活動(dòng)的影響作出氣候預(yù)測(cè)。該石筍的研究成果，為一系列氣候突變事件的準(zhǔn)確標(biāo)定提供了參考，對(duì)今后分析環(huán)境變化、建立預(yù)測(cè)參考模型，都有很重要的意義。

為預(yù)測(cè)未來(lái)的氣候變化提供重要參考

通過(guò)洞穴中發(fā)現(xiàn)的一顆石筍，就能為了解古氣候變化和預(yù)測(cè)未來(lái)氣候變化提供重要參考，這聽起來(lái)有些神奇。然而這就是西安交通大學(xué)全球環(huán)境變化研究院程海教授帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)所做的科研項(xiàng)目，該項(xiàng)目的論文《過(guò)去64萬(wàn)年的亞洲季風(fēng)記錄和冰期終止》在2016年發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）上，引起了國(guó)際的關(guān)注。

據(jù)程海教授介紹，亞洲季風(fēng)的變化規(guī)律、趨勢(shì)及其與全球氣候變化的聯(lián)系一直是備受關(guān)注的科學(xué)問(wèn)題和研究熱點(diǎn)。該項(xiàng)研究基于在中國(guó)中部神農(nóng)架三寶洞內(nèi)獲得的洞穴石筍樣品，利用西安交通大學(xué)同位素實(shí)驗(yàn)室擁有的全球領(lǐng)先水平的鈾系測(cè)年技術(shù)，將亞洲季風(fēng)的洞穴石筍氧同位素記錄延伸至過(guò)去640,000年（從過(guò)去的37萬(wàn)年拓展到64萬(wàn)年）。研究所獲得的洞穴石筍氧同位素記錄是全球最長(zhǎng)尺度高精度高分辨率的亞洲季風(fēng)石筍記錄，覆蓋了過(guò)去7次主要冰期結(jié)束期。該記錄具有全球可比對(duì)性，對(duì)研究亞洲季風(fēng)與全球氣候變化的聯(lián)系及驅(qū)動(dòng)因素具有重要意義。該項(xiàng)目的研究成果為預(yù)測(cè)未來(lái)的氣候變化提供了重要參考。 2100433B

除了特別干旱的年份，洞頂不再往下滴水外，石筍一般每年都會(huì)生長(zhǎng)。隨著季節(jié)的變化，洞頂?shù)蜗碌乃锩婧奈镔|(zhì)成分不同，這樣一來(lái)，與樹木形成的樹輪一樣，石筍也會(huì)形成自己的年輪，通過(guò)年輪還可以數(shù)出石筍的年齡。許多石筍是很久之前形成的，后拉由于沒(méi)有滴水就不再生長(zhǎng)，成為“死掉”的石筍，而研究人員有辦法準(zhǔn)確的測(cè)出這些石筍生長(zhǎng)的年代。

隨著氣候的變化，石筍石灰質(zhì)中含有的物質(zhì)也會(huì)變化，科學(xué)家測(cè)定這些物質(zhì)的變化，可以復(fù)原過(guò)去的氣候變化情況。中國(guó)有許多石灰?guī)r洞穴，其中生長(zhǎng)了大量的石筍，成為古氣候研究的重要材料。比如貴州的董歌洞、南京的葫蘆洞以及甘肅的萬(wàn)象洞等，都是利用石筍研究古氣候的風(fēng)水寶地。世界各地的科學(xué)家都在研究這些石筍，由于可以準(zhǔn)確的定年，石筍也被認(rèn)為可鞥成為深海沉淀物、冰芯和黃土之后的又一古氣候研究支柱材料。

石筍是碳酸鈣遇到溶有二氧化碳的水時(shí)，會(huì)反應(yīng)生成溶解性較大的碳酸氫鈣；溶有碳酸氫鈣的水遇熱或當(dāng)壓強(qiáng)突然變小時(shí)，溶解在水里的碳酸氫鈣就會(huì)分解，重新生成碳酸鈣沉積下來(lái)，同時(shí)放出二氧化碳。洞頂?shù)乃诼蛳聺B漏時(shí)，水中的碳酸氫鈣發(fā)生上述反應(yīng)，有的沉積在洞頂，有的沉積在洞底，日久天長(zhǎng)洞頂?shù)男纬墒娙?，洞底的形成石筍。

還有是因?yàn)橛捎诘貧げ粩噙\(yùn)動(dòng)，海水退去，出現(xiàn)了綿延不斷的喀斯特巖溶地貌石灰?guī)r山峰。這些露出來(lái)的石山，長(zhǎng)期受雨水風(fēng)霜沖刷，頂部變成刀山劍石狀了。石峰底座，由于地史時(shí)期地下水的長(zhǎng)期溶蝕，河水的長(zhǎng)期沖擊，漸漸地形成了溶洞。溶洞繼續(xù)被溶蝕擴(kuò)大，而溶于水中的石灰?guī)r溶液，從洞頂往下滴，甚至往下流，促進(jìn)二氧化碳進(jìn)一步擴(kuò)散，同時(shí)溶液受蒸發(fā)作用，形成飽和，剩余的碳酸氫鈣沉淀，就形成了自下而上生長(zhǎng)的石筍。石鐘乳的形成，同石筍形成的過(guò)程是一樣的。只不過(guò)石鐘乳從上往下長(zhǎng)就是了。那些頂天立地的“靈芝柱”，就是石筍和石鐘乳對(duì)接起來(lái)之后形成的。據(jù)說(shuō)，石筍和石鐘乳，每百年才長(zhǎng)高一厘米，長(zhǎng)1米，就是10000年了。在地上長(zhǎng)成一個(gè)尖錐體，很像竹筍，故名石筍。

石筍是由于含碳酸的水不斷點(diǎn)滴到一處，碳酸鈣沉淀而形成的。可以有不同的形狀，水滴的流量、滴水的高度以及地面的狀況均會(huì)影響石筍的形狀。

石筍水滴內(nèi)的物質(zhì)

假如滴水和里面含的礦物質(zhì)均勻的話會(huì)形成比較細(xì)長(zhǎng)，粗細(xì)均勻的石筍，它們可以以均勻的直徑達(dá)到數(shù)米的高度。

石筍水滴的流量

假如滴水比較強(qiáng)，而且是來(lái)自滲入洞里的雨水的話那么會(huì)形成圓錐狀的石筍，它們?cè)诟靠梢赃_(dá)數(shù)米直徑。

石筍滴水高度

滴水高度會(huì)影響石筍頂部的形狀。高度小的話石筍的頂是圓的，高度越大它越平，在極限狀態(tài)下甚至可能是凹的。

石筍指在溶洞中直立在洞底的尖錐體。

石筍是由飽含著碳酸鈣的水通過(guò)洞頂?shù)牧严痘驈溺娙槭系沃炼吹?，一方面由于水分蒸發(fā)，另一方面，由于在洞穴里有時(shí)溫度較高，水溶解CO2的量減小，所以，鈣質(zhì)析出，沉積在洞底而形成的。日積月累就會(huì)自下向上生長(zhǎng)的是石筍，從上往下生長(zhǎng)的是石鐘乳。石筍形如竹筍出土，自下向上生長(zhǎng)。石筍與鐘乳石成長(zhǎng)緩慢，一萬(wàn)年約長(zhǎng)高一米。

文物歷史

《板橋題畫竹石》曰：十笏茅齋，一方天井，修竹數(shù)竿，石筍數(shù)尺。正是意園之外園天井寫照。石筍石，又稱白果石、松皮石，產(chǎn)于江西省上饒市玉山縣等地。該石外形修長(zhǎng)直立，似竹筍狀，故名；質(zhì)地硬中帶軟，青灰色的細(xì)巖中沉積了一些卵石，尤如白果嵌在其中；色澤有青灰、淡灰綠、土紅、紫褐等；外表狀似松皮，往往三面已風(fēng)化，色澤、紋理亦更自然耐觀；在石料斷裂處常有尖銳的棱角；形狀以長(zhǎng)者為佳，天然石筍石來(lái)源稀少，較為珍貴。 2100433B