美国威斯康星州洞穴为古代气候变化和未来转变提供了诱人的线索

美国威斯康星州洞穴为古代气候变化和未来转变提供了诱人的线索Credit: Cameron Batchelor

（神秘的地球uux.cn）据美国物理学家组织网（by Will Cushman, University of Wisconsin-Madison）：即使在黑暗中与上面的大气隔绝，洞穴也可以保存当地气候条件的丰富档案，以及它们是如何在亿万年间发生变化的。洞穴堆积物形成于数万年前，是洞穴特有的岩石结构，更广为人知的是石笋和钟乳石，它们掌握着形成它们的古代环境的秘密。

一项最新发表的对在美国威斯康星州南部一个洞穴中发现的石笋的研究揭示了以前未被发现的几千年前当地气候的历史。新的发现提供了强有力的证据，表明一系列大规模的突然变暖事件打断了最近的冰河时代，可能笼罩了北半球的大片地区。

这项由威斯康星大学麦迪逊分校的科学家团队进行的研究发表在3月2日的《自然地球科学》杂志上。这是第一项研究，旨在确定格陵兰冰盖记录的冰河时期变暖——被称为Dansgaard-Oeschger事件——与北美中部内陆深处的气候记录之间可能的联系。

“这是世界上这一地区唯一一项记录末次冰期气候突变事件的研究，”Cameron Batchelor说，她在UW大学完成博士学位时领导了这项分析。巴彻勒现在是美国国家科学基金会的博士后研究员，在麻省理工学院工作。

这项研究是基于对一个形成于土丘洞穴的石笋进行的异常详细的化学和物理分析，土丘洞穴是一个旅游胜地和教育目的地。

“在土丘洞穴，我们的任务是为我们每年的游客解释这一地质奇迹，”该洞穴的总经理乔·克林姆扎克说，该洞穴是指定的国家自然地标。“由于这项世界级的研究和非常令人兴奋的结果，我们很高兴加深了对洞穴的了解。”

Batchelor和她的团队分析的石笋生长极其缓慢——大约需要20，000年才能长到人类小指的长度。

手指长度的地下岩石是从天空开始的复杂过程中形成的。最初作为大气降水降落的水渗入地下，渗透到土壤和基岩的裂缝中，溶解了沿途的小块石灰石。一些溶解的石灰石被留下来，无数的水滴从土丘的洞穴顶部落下，逐渐积累成数千层极薄的叫做方解石的矿物质。

Batchelor说:“因为这些方解石层是由最初的沉淀形成的，所以它们锁定了来自沉淀的H2O中的氧气。”。

这就是从一块不起眼的小石头中重建古代气候记录的关键所在。方解石中捕获的氧以两种形式存在——被称为同位素——科学家可以利用它们来收集形成方解石的沉淀事件中存在的环境条件的信息。这包括温度和数千年来落在土堆洞穴顶部的雨雪的可能来源。

Batchelor的团队使用了一种专门的成像技术，使他们能够识别代表年生长带的石笋中的层，就像树木年轮记录一个季节的生长量一样。使用另一种技术，他们确定了微小层中的同位素，揭示了今天的威斯康星州南部在48，000年至68，000年前经历了多次非常大的平均温度波动，高达10摄氏度(或约18华氏度)。几个温度波动发生在大约十年的时间里。

虽然年代测定信息还不够精确，无法将温度波动与格陵兰冰芯中记录的Dansgaard-Oeschger事件明确联系起来，但研究人员可以自信地说，它们发生在类似的时间范围内。该小组还进行了气候模拟，以支持一种假设，即数万年前在包括今天的威斯康星州在内的北美地区发生了变暖事件，以及来自土墩洞穴和格陵兰冰盖的气候记录确实有联系。

这种潜在的联系让巴彻勒兴奋不已，因为它提供了一个迄今为止还不为人知的关于北美中部的气候故事。先前对大陆中部的研究没有解决这些大的温度波动的信号，也称为偏移。

巴彻勒说:“有一种理论认为，中部大陆对气候突变相对免疫，这可能是因为它被陆地包围，存在某种类型的缓冲作用。”“然而，当我们去测量时，我们看到了这些非常大的偏移，我们就像，'哦，不，肯定有什么事情发生了。'"

由于人类和我们对化石燃料的使用，快速变化的气候今天再次展现出来。Batchelor说，她希望她在威斯康星州的工作，以及现在她正在为博士后研究的加拿大亚北极地区的一个洞穴，有助于填补关于北美中部大陆气候突变的历史和潜在未来的巨大数据空白。