中美合作研究成果挑戰國際上遵循38年的Hendy準則

提出判別洞穴石筍古氣候重建適宜性的重現性準則

 
      近日，中科院地球化學研究所研究員劉再華與美國愛荷華大學的Dorale博士共同發表了他們的最新研究成果，兩位科學家提出用重現性準則（即兩個或是更多的洞穴石筍具有相同的同位素記錄）來檢驗石筍是否是在同位素平衡條件下沉積的，以判別洞穴石筍古氣候重建的適宜性（只有達到同位素平衡的石筍才能被用于古氣候重建）。論文用同位素理論和大量的實驗數據論證了只有在缺少動力過程和蒸發過程（即達到同位素平衡）的條件下，兩個或多個石筍的同位素記錄才具有重現性。因此，重現性檢驗是最有效地排除動力過程和蒸發過程，以確保同位素平衡條件的準則。這一研究成果挑戰了國際上遵循達38年之久的Hendy準則。該論文近日發表在洞穴和巖溶學國際學術期刊《洞穴與巖溶研究雜志》（Journal of Cave and Karst Studies）2009年第一期上。
 
      數十年來，石筍的碳氧穩定同位素組成被認為是了解過去氣候變化的重要環境替代指標。對于達到同位素平衡的石筍，其氧穩定同位素組成（δ18O）的變化直接反映了洞穴溫度變化和大氣降水的δ18O變化。石筍的碳穩定同位素組成（δ13C）則起源于基巖、大氣CO2和土壤CO2，而土壤CO2與受氣候影響的上覆植被有關。因此石筍的δ18O和δ13C都具有反映氣候變化的潛力。然而，某些局部過程可能改變石筍的δ18O和δ13C值，從而掩蓋主要的氣候變化信息，這些過程包括：動力過程，包括石筍在非同位素平衡條件下的沉積；蒸發過程，包括地表或近地表水的蒸發。事實上，沒有絕對有效的方法用于檢驗上述過程是否存在。
 
      然而，38年前由Hendy博士提出的Hendy準則卻一直被全世界的古氣候研究者廣泛用于評估石筍沉積是否達到了同位素平衡。可是，在運用這一準則時，許多研究者都發現，Hendy準則第一條（即在石筍同一紋層中其δ18O的值應基本一致）并不能有效地檢驗同位素平衡是否達到。因為理論上同位素在石筍中心達到平衡的時候很可能在石筍邊緣發生了同位素非平衡動力分餾，并且在同一紋層內取樣的理念無論在實踐還是理論上都是有問題的。準則第二條（即石筍δ18O和δ13C間無相關性）的前提是洞穴沉積物的δ13C值與氣候變化無關。而事實上，氣候是土壤生產力和植被類型的首要控制因子，因此洞穴石筍的δ13C值理應與氣候有著相關性。因此，Hendy準則的第二條并不是所有同位素平衡沉積的必要條件。
 
      中美兩位科學家的這一研究發現得到了國際上該領域權威審稿專家的高度評價。審稿人認為，該文對于目前全世界欣欣向榮的石筍古氣候研究來說是及時和富有創見的。