洞穴滴水、石笋中元素及元素比值对气候环境变化响应的研究进展

滴水/石笋元素是除δ18O和δ13C，研究气候环境变化的又一重要代用指标。外界气候环境变化通过改变表层岩溶带和岩溶含水层中的水文环境，甚至洞穴环境，进而影响元素的溶解、运移和沉淀过程，从而使得滴水/石笋中元素表现一定的变化规律。本文通过分析影响洞穴滴水元素及元素比值变化的因素：元素来源、水—岩相互作用和滞留时间、差异性淋滤、先期碳酸盐沉淀及分配系数的基础上，从元素对岩溶区“二元结构”和极端天气/气候事件响应的角度，探讨了滴水/石笋中元素的气候环境指示意义。取得了以下认识：① 强降水带来的冲刷作用和溶解作用，促进土壤和基岩中元素、胶体和天然有机质（NOM：Natural Organic Matter）等物质在短时间内快速溶解和运移，使滴水中元素含量增加；但随着降水增多带来的稀释作用，使得滴水/石笋中Mg，Sr和Ba等元素含量降低，因此，单一元素的解译较为复杂；② 基岩/溶液中元素溶解和沉积的差异，导致元素相对含量的变化，使得元素X/Ca值对外界环境的响应具有一致性，尤其是Mg/Ca和Sr/Ca值：在干旱条件下，降水减少导致方解石先期沉积（PCP：Prior Calcite precipitation）作用增强，使Mg/Ca和Sr/Ca值增大。但目前存在着一些问题：① Mg/Ca和Sr/Ca值变化对强降水事件的响应并不明显，可能与新、老水混合及元素溶解过程中的溶解比例差别不大有关；② 多源、多期混合水源会导致洞穴滴水元素对极端事件响应减弱；③ Mg/Ca和Sr/Ca的变化为解释δ18O的“雨量效应”及“源效应”提供了见解，但元素变化能否反映季风强度的变化，仍有待进一步的研究。基于以上认识，笔者提出开展更加系统的大气—土壤—包气带—洞穴的监测；开展更高分辨率、更长时间尺度的洞穴监测；开展多区域、多洞穴系统对比研究来更加深入地开展洞穴石笋元素研究。

Research progress on response of elements and their ratios in cave drip water and speleothems to climate and environmental change