◀光绪年间的求雨题词

　　编者导读

　　汉江上游是“南水北调”中线工程的水文补给区,这一地区的降水变化对我国的用水安全有十分重要的意义。

　　最近,中国科学院地球环境研究所谭亮成副研究员在国外核心期刊发表的论文,选择了陕南地区大鱼洞里的石笋作为研究当地降水变化的对象。有趣的是,首次发现的大鱼洞里古人留下的求雨记录,印证了洞穴石笋的研究结论,这也开辟了自然科学与社会科学相结合的研究新方法。

　　天然溶洞成为理想研究样本

　　汉江上游的崇山峻岭中,隐藏着许多幽秘之地——天然溶洞。在这些溶洞中,大鱼洞因其发现历史悠久、风光独秀、交通便利而为当地人所熟知。该洞位于陕西省汉中市宁强县大安镇以北11公里处,原名大禹洞,洞中有暗河和常年不涸的深潭。据传,南宋孝宗年间,当地大旱,地方官率吏民前往该洞祈雨,正巧天降甘霖,官民认为灵应,上报给朝廷。此后历代,该洞成为当地数百年来祈雨和纪念大禹的所在。上世纪60年代,当地居民发现洞中暗河有活鱼游出,因此改称为“大鱼洞”。

　　大鱼洞发育于上元古界白云岩中,属亚热带湿润季风气候,降雨主要来自夏季风盛行期间。洞穴长度超过2公里,洞穴内空气相对湿度较大,滴水丰富,钟乳石、石笋、石幔等景观发育良好。

　　石笋揭示500年降雨变化

　　2005年,谭亮成课题组在大鱼洞的右支洞距离洞口约1公里远的地方,发现一支被破坏倒地的石笋,通过放射性同位素测年法确定它生长于1265至1982年之间。此后,他们开始对大鱼洞进行系统的研究,包括洞穴环境的监测和石笋样品的分析等。

　　我们都知道,石笋是由洞穴滴水形成的。由于形成石笋的滴水主要来自大气降水,而大气降水在往洞穴渗流的过程中又溶解了土壤和基岩的物质,因此,石笋的化学组分保留了大气降水和洞穴上覆土壤的化学组分信息。这些化学组分的变化和气候-环境变化有密切关系,因此通过测试石笋的年代,以及分析石笋的化学组成,比如碳、氧同位素和微量元素等,就能知道历史时期的气候-环境变化。

　　如何确定石笋的形成年代呢?主要是利用高精度的电感耦合等离子质谱仪,分析各种核素的浓度,结合它们的半衰期,就能知道样品的沉积后经历的时间,也即年龄。当然,如果石笋中能看到有年纹层,像树木年轮那样,我们也能通过计算年轮的数目,来获知石笋的形成年龄。

　　在石笋的古气候研究中,氧同位素应用的最多。那么,石笋氧同位素的变化如何反映历史时期的气候变化呢?我们知道,大气降水都是源自海洋蒸发的气团。水分子中的氧,主要有两种同位素,氧16和氧18(另外一种氧17含量很低)。当水汽从海洋蒸发的时候,质量较轻的氧16先蒸发,而当水汽凝结降落的时候,较重的氧18会先降落。那么,一个地区降雨越多,轻的氧16会越降越多,当地降水中的氧同位素会比较偏轻。根据这个原理,通过分析历史时期石笋中氧16与氧18含量的变化,就可以推断过去的气候变化。

　　基于大鱼洞石笋氧同位素和当地降雨的相关关系,谭亮成等重建了汉江上游过去500年年代精确、分辨率约为1.3年的可靠降雨变化序列。他们发现在距今500年到150年的“小冰期”时期,汉江上游地区是显著的湿润气候,和北方地区的干旱“小冰期”状态相反,揭示了历史时期我国降雨的区域差异。