它世界 第556期 有一种神奇的“石头” 洞穴石笋会“说话” 它能告诉你古代发

洞穴次生碳酸盐是形成于喀斯特溶洞中的矿物沉积的统称，主要包含石笋、钟乳石、流石等沉积物。关于石笋的科学研究具体有哪些方面？研究石笋有什么用？

关于石笋的研究主要集中在古气候重建、古气候变化和文化关系、古人类研究、古地震研究、矿物学研究、海平面变化重建等几个方面，这些研究主要和古气候变化相关。

石笋被誉为古气候研究中除深海沉积物、冰心、中国黄土之外的第四大支柱，其作为古气候研究材料的优势在于其定年精准（铀系定年）、分布广泛、分辨率高等优势。

重建古气候演化历史

常见的古气候重建材料有深海沉积物、冰心、黄土、湖泊沉积物、泥炭、珊瑚、砗磲、树轮等。这些材料要么难以获取精确的绝对年代，需要借助天文轨道调谐或者其他方法间接定年，要么定年方法具有复杂的干扰因素（例如碳十四定年的老碳效应），要么是沉积（生长）时间太短（树轮一般只有几百年）。而洞穴石笋在晚第四纪（70万年）到现在，利用铀系定年可以获取精准的放射性年代。通过石笋氧同位素、碳同位素、微量元素、生长速率、生长频率、磁学指标、有机质指标、灰度等多种代用指标重建地球历史时期的气候变化。

重建海平面变化

全球变暖带来的一个后果就是冰川融化，进而导致海平面上升。海平面上升在未来会影响海洋岛国以及沿海城市，对人类的生存会带来巨大的灾害。重建过去海平面的变化通常是使用珊瑚化石或者深海沉积物同位素进行转换计算。深海沉积物同位素变化并不是海平面变化的直接指标，存在诸多中间过程和影响因素；而同为使用铀系定年的珊瑚化石在漫长的地球历史进程中，珊瑚壳体的主要矿物文石非常容易发生矿物转变形成方解石。一旦发生矿物转变，就不再是封闭的衰变体系，测试获得的年代就可能偏老或者偏年轻。利用水下石笋来进行这项研究可以避免以上两种研究材料的缺点。

探讨气候和文化的关系

在考古研究过程中，科学家发现朝代的更迭和气候突变事件有很好的对应关系，这一理论被总结为气候变化决定论，即认为气候变化造成的灾害事件导致干旱、饥荒事件，这些因素引起战争以及经济文化的崩溃，在某种程度上是一种必然性，并不完全依赖于执政者制定的政策。

在唐代、明代、元代的后期，氧同位素都相对整体偏正，表明季风减弱，同时伴随着人口的减少，在北宋的前几十年亚洲季风非常强。这些季风明显强或者明显弱的时期都对应着中国朝代的兴盛和衰弱，气候变化和文化更迭的关系相信不仅仅是一种偶然。

为古人类进化提供精准年代

古人类的迁徙和演化历史需要精准的地质学年代为其提供证据，6万年以来的沉积物可以使用放射性碳十四定年，但是研究现代智人起源，以及尼安德特人、丹尼索瓦人，以及早期智人和直立人等演化历史就超过了碳十四测年的上限，就需要其他的定年手段。释光测年、古地磁定年等具有较大的误差。古人类化石或者生存遗迹一起沉积的次生碳酸盐就是良好的定年材料，可以利用石笋/流石U-Th定年或者U-Pb定年对其地层年代进行限定。

利用洞穴石笋进行古地震研究

目前，科学界对于地震预测主要是集中在预警方面，利用P波和S波的传播速度不同，争取中间十几秒的时间差减少损失。假设能够重建地球历史上的地震发生历史，或许可以在理论层面上为地震预测以及地震动力学研究提供一些参考资料。古地震的研究中，其中部分研究材料就是洞穴石笋和裂隙钙华，利用石笋精准的年代，判断洞穴石笋的层位关系，识别出来地震事件，建立若干地震事件的年代标尺。