【摘 要】
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石笋作为一种洞穴次生沉积物,继承着滴水传递的外界气候环境信息,其凭借精确定年和高分辨率等特征广泛应用于古气候重建和古环境演变工作。然而,由于缺少器测资料,人们无法直接获取石笋生长时期的气候环境信息,而现代洞穴监测可以凭借将今论古的优势为石笋代用指标的解译提供支持。目前,我国洞穴现代监测工作在湖北和尚洞、河南鸡冠洞、重庆芙蓉洞、福建玉华洞、贵州七星洞等广泛开展,但是不同洞穴气候环境和地质背景存在差异
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石笋作为一种洞穴次生沉积物,继承着滴水传递的外界气候环境信息,其凭借精确定年和高分辨率等特征广泛应用于古气候重建和古环境演变工作。然而,由于缺少器测资料,人们无法直接获取石笋生长时期的气候环境信息,而现代洞穴监测可以凭借将今论古的优势为石笋代用指标的解译提供支持。目前,我国洞穴现代监测工作在湖北和尚洞、河南鸡冠洞、重庆芙蓉洞、福建玉华洞、贵州七星洞等广泛开展,但是不同洞穴气候环境和地质背景存在差异,洞穴环境监测指标的解译具有差异性和复杂性。因此,有必要对不同区域洞穴开展长时间的连续监测,注重气候信号由外向内的传输过程。之前关于芙蓉洞的研究以大气降水、土壤水、滴水的水文化学特征和影响因素为主,对洞内新生碳酸钙沉积物的研究比较少。芙蓉洞上覆基岩达300-500m,多年际时间尺度上,洞穴新生碳酸钙沉积物能否继承降水和滴水携带的气候环境信号仍需要进一步研究。研究芙蓉洞降水—滴水—新生碳酸钙沉积物气候信号的传输过程能够为东亚季风区洞穴沉积物多指标重建古气候提供借鉴,也可以为上覆基岩数百米厚的洞穴石笋古气候重建提供参考。本文以重庆芙蓉洞为研究对象,在2009-2021年对降水、滴水、新生碳酸钙沉积物进行连续监测与实验室分析。洞穴内外水文环境监测指标有:大气降水量、洞外气温、洞内滴水速率、水温、电导率（EC）、p H;主要分析指标有:δ18O、δ13C、Ca2+、Mg2+、Sr2+。本文主要选取大气降水、滴水、新生碳酸钙沉积物δ18O和滴水、新生碳酸钙沉积物Ca2+、Mg2+、Sr2+及其比值Mg/Ca、Sr/Ca两类指标,系统分析了δ18O在降水—滴水—新生碳酸钙沉积物的传输过程及其气候环境响应机制;滴水和新生碳酸钙沉积物Mg/Ca、Sr/Ca比值的变化特征和影响因素,进而探究Mg/Ca、Sr/Ca在滴水-新生碳酸钙沉积物的传输过程及其气候环境意义。主要研究结果如下:（1）受上覆基岩300-500m厚的影响,芙蓉洞新生碳酸钙沉积物在季节-年际尺度上无法继承滴水携带的气候环境信号,但是在多年际尺度上可以对滴水携带的气候信号做出响应。（2）芙蓉洞外大气降水δ18O的变化受到“雨量效应”与“环流效应”综合影响。受不同季节水汽来源影响,降水δ18O具有“雨季偏负、旱季偏正”的季节变化规律。在多年际尺度上,来源于印度洋的水汽占比减少,源自太平洋、中国南海及内陆水汽占比增加导致降水δ18O整体呈现偏正态势。研究区局地大气降水线斜率与截距明显高于全球大气降水线,表明该区域大气降水经历的云下蒸发较少,降水基本处于稳定同位素平衡分馏。（3）滴水δ18O受岩溶水混合效应不具有季节变化规律,变化幅度明显小于大气降水δ18O,滴水年均δ18O更接近夏季降水δ18O,指示夏季降水是芙蓉洞滴水的主要来源。不同滴水点滴水δ18O因岩溶裂隙发育、岩溶水运移路径不同存在明显差异。滴水δ18O能够对外界大气环流异常做出响应,2015年El Ni?o事件发生时,滴水δ18O相较往年明显偏正（～2.3‰）;2008-2019年滴水平均δ18O在多年际尺度上整体偏正,响应于大气降水δ18O整体偏正的变化趋势,说明在多年际尺度上滴水δ18O能够继承区域降水δ18O携带的气候环境信号。（4）芙蓉洞新生碳酸钙沉积物δ18O整体处于平衡分馏状态。受区域气候变化以及水文条件共同影响,新生碳酸钙沉积物δ18O和δ13C呈现显著正相关。新生碳酸钙沉积物δ18O受混合效应、洞穴空气p CO2、滴水速率等多种因素影响不具有季节变化规律,且不同监测点的新生碳酸钙沉积物δ18O具有明显差异。新生碳酸钙沉积物δ18O对应着滴水δ18O三个月的平均态,平均滴水与平均新生碳酸钙沉积物δ18O在季节尺度上具有明显对应关系,指示滴水δ18O携带的气候环境信息可以及时保留在沉积物当中。新生碳酸钙沉积物平均δ18O在多年际尺度上能够响应大气降水δ18O和滴水平均δ18O明显偏正的趋势。因此,芙蓉洞新生碳酸钙沉积物δ18O是对区域气候环境信号的综合表达。（5）滴水Mg/Ca、Sr/Ca比值与区域降水量关系密切,受PCP（Prior Calcite Precipitation）作用、岩溶水动力条件、土壤及洞穴CO2浓度等多种因素综合影响整体上呈现出“夏季偏低、冬季偏高”的变化特征。Mg/Ca、Sr/Ca比值能够在多年际尺度上指示当地气候干湿变化和区域水文环境的变化。（6）新生碳酸钙沉积物平均沉积速率响应区域降水量整体增加趋势,而沉积速率又与沉积物中Mg、Sr相对含量密切相关。新生碳酸钙沉积物Mg/Ca、Sr/Ca比值受沉积速率、滴水元素比值的影响在多年际尺度上能够继承滴水Mg/Ca、Sr/Ca比值“雨季偏负、旱季偏正”的整体变化规律。因此,在多年际尺度上,新生碳酸钙沉积物Mg/Ca、Sr/Ca比值也具有反映区域干湿变化的潜力。
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