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近十年以来,利用洞穴石笋研究古气候已经取得了许多重要进展。但同样为碳酸钙沉积的钙华,由于其形成于地表不同环境的开放体系,其与气候之间的关系比洞内石笋更加复杂,存在很多尚未解决的问题,因此导致钙华古气候的研究远远落后于石笋的研究。青藏高原上钙华分布广泛,但利用钙化研究第四纪以来高分辨率气候尚未见报道。
本研究以唐古拉山南麓温泉型钙华为主要研究对象,通过对钙华剖面的地下水补给、沉积学特征等研究,以钙华氧稳定同位素(δ18O)作为气候变化的替代指标,并与古里雅冰芯比较,研究了唐古拉山地区晚更新世(Qp3)末次冰期以来的气候变化规律,为青藏高原晚更新世以来古气候变化的研究提供了新的参考资料。获得的如下主要成果:
1、以氧稳定同位素分馏理论为基础,推导出利用钙华研究古气候所需要的地质条件:只有当形成钙华时水体温度与大气降雨温度相等、或者二者温差保持为一常量时,才能利用钙华进行古气候的重建。该结论对今后钙华的研究有较重要的指导作用。
2、野外剖面的地貌学、水文地质学、沉积学综合研究表明:形成加木采曲钙华剖面的水体主要来自于地表径流补给的地下潜水,故能利用钙华进行古气候的研究；钙华沉积学特征与气候相关,若钙华层中方解石结晶细、含泥质较高、颜色较深,沉积速率大,纹层较薄,代表气候湿热；结晶较粗、质纯、颜色为纯白色、纹层不发育、沉积速率小、则气候干冷。野外详细的观察能分辨出5处明显的变化界限,代表了5次大的气候转型事件。
3、钙华剖面58个样品氧稳定同位素(δ18O)分析结果显示,δ18O值显示出规律性的变化,纹层较薄沉积速率较快的钙华样品δ18O值就高(偏重)；纹层不发育、沉积速率小的钙华样品δ18O值就低(偏轻),说明青藏高原地区钙华δ18O值与气温呈正相关。
4、剖面氧稳定同位素(δ18O)变化曲线可以分为4个大的阶段,与深海氧同位素曲线的1-4阶段相对应,4阶段以来的5次全球性温暖事件(Oerel、Glinde、Hengelo、Denekamp、BФiling)在曲线上均有很好的显示；升温是缓慢的,而降温的速率却很大。通过野外观察分辨出的5条气候突变界限,与氧同位素分析得出的位置非常一致。
5、利用古里雅冰芯δ18O与温度T的经验公式δ18O(PDB)=0.36T-11.2,计算了唐古拉山钙华剖面不同时期的气温和末次冰盛期(LGM)与全新世早期(Qh1)气温变化幅度。气候突变事件时的温差最高可以达7.81℃,与古里雅冰芯研究的8.1℃仅差0.29℃。由此说明,利用钙华氧同位素研究青藏高原古气候变化的结果具有可比性。
6、钙华剖面底部α-U系法测年为61.3±3.1kaB.p,说明钙华形成于晚更新世(Op3)末次冰期以来,更确切地说,主要形成于末次冰期以来的温湿气候阶段。通过钙华氧同位素和其它证据的研究表明,青藏高原术次冰期以来的气候经历了由温湿——干暖——严寒——干冷--温湿——干暖的气候变化。
以上研究结果表明,利用钙华研究古气候变化尤其是长尺度气候变化具有良好的应用前景,这对青藏高原古气候变化研究具有很好的借鉴作用。