科学家探索大峡谷的历史，寻找气候影响的线索

由UNLV古气候学家和教授Matthew Lachniet领导的一个研究小组从一个未被破坏的大峡谷洞穴的底部取出了一个古老的石笋。通过研究矿藏的地球化学，他们能够分析上一个冰河时代之后快速变暖时期的降水模式，从而更好地了解未来气候变化对美国西南部和墨西哥西北部夏季季风降雨的潜在影响。

他们的研究结果发表在10月2日的《自然地球科学》杂志上，揭示了在8500年到14000年前，在一个被称为全新世早期的时期，整个地区的温度都在上升，渗入洞穴的水越来越多。利用古气候模型，研究人员确定，这可能是由于大气对空气循环模式的影响导致夏季降雨加剧和扩大造成的，这种影响更快地融化了冬季积雪，加速了为季风降雨提供燃料的蒸发过程。

作者们说，这是很重要的，因为目前大部分通过基岩渗透到洞穴和含水层的水——并有助于地下水补给——来自冬季融雪。然而，在全新世早期，当峰值温度仅略高于今天时，夏季和冬季的水分都对该地区的地下水补给有贡献。

作者认为，未来的变暖可能导致气温高于全新世早期的水平，也可能导致高海拔的科罗拉多高原夏季降雨量增加，北美季风加剧，雷暴和降水明显增加，通常发生在6月至9月中旬。

“我们的结果令人惊讶的是，在过去的温暖时期，夏季季风和对洞穴的渗透都增加了，这表明夏季对大峡谷地下水补给很重要，尽管今天它不是一个重要的补给季节，”拉奇涅特说，他于2017年亲自从大峡谷东部南缘红墙组的一个洞穴中取回了石笋。“虽然我们仍然预计该地区未来会变干，但实际上，比今天更强烈的夏季降雨可能会渗透到地下。”

石笋是常见的洞穴构造，充当古代雨量计，记录历史上的气候变化。富含矿物质的水从上面的地面渗出，从洞穴天花板上的钟乳石顶端滴下，它们就生长起来了。来自微小水滴的方解石矿物积累了数千年，就像树木的年轮一样，准确地记录了一个地区的降雨历史。在水中发现了三种天然形式的氧气，其中一种形式的数量随着降雨量的增加而减少。随着时间的推移，这些信息被锁在石笋中。

由于夏季和冬季降水中氧同位素组成的明显差异，可以估计每个季节的相对贡献。*-234同位素的变化和石笋生长厚度的变化反映了降水量的变化。

新墨西哥大学教授Yemane Asmerom说:“我们能够用生长数据验证氧气记录，用*同位素数据证实，事实上，我们看到夏季湿度在这个温暖时期显著增加，我们将其归因于季风。”“不幸的是，有效水分是降水和蒸发之间的平衡。与更温和的大峡谷气候不同，由于气温升高，干燥的南部地区可能会更干燥。”

该研究小组利用石笋样本重建了全新世早期大峡谷地区地下水补给率——或者说，渗透到含水层的水量。他们说，该地区的其他高海拔高原也可能出现高地下水补给率，尽管尚不清楚这种活动如何适用于更热的低海拔沙漠。

可以肯定的是，人类造成的气候变化正在导致整个北美西南部气温升高，包括大峡谷地区。除了人口增长和农业压力外，这种变暖还会减少地表水向地下水含水层的渗透。地下水补给率还取决于与季风季节有关的夏季降雨的频率和强度。