科学家调查大峡谷古老的过去来预测未来的气候影响 _科学

大峡谷被认为是世界七大自然奇观之一。署名:马修·拉赫尼特
据Keyonna Summers ， Tony Allen，University of Nevada ， Las Vegas：大峡谷的山谷和跨越地球历史数百万年的岩石层使它赢得了世界七大自然奇观之一的称号。但是，根据UNLV的一项新研究，它的奇迹延伸到地表下的巨大洞穴系统，这可能会通过研究自然的过去，为更好地了解气候变化的未来提供线索。
由UNLV古气候学家和Matthew Lachniet教授领导的一个研究小组从一个未受干扰的大峡谷洞穴底部取出了一个古老的石笋。通过研究矿床的地球化学，他们能够分析上一次冰期后快速变暖时期的降水模式，以加深对未来气候变化对美国西南部和墨西哥西北部夏季季风降雨的潜在影响的理解。
他们的发现发表在10月2日的《自然地球科学》上，揭示了8500年至14000年前，在被称为全新世早期的时期，整个地区的温度上升，水的水位不断上升，渗入了洞穴。利用一个古气候模型，研究人员确定这可能是由大气对空气循环模式的影响导致的夏季降雨加剧和扩大造成的，这种影响更快地融化了冬季积雪，并加快了蒸发过程，从而加剧了季风降雨。
作者说，这很重要，因为目前渗透过基岩、进入洞穴和含水层的大部分水——有助于地下水补给——来自冬季融雪。然而，在全新世早期，当峰值温度仅比今天略高时，夏季和冬季的水分都有助于该地区的地下水补给。
作者认为，未来的变暖可能导致气温上升到全新世早期的水平以上，也可能导致高海拔科罗拉多高原的夏季降雨量增加，以及北美季风加剧，这种模式下的雷暴和降水明显增加，通常发生在6月至9月中旬。

内华达大学拉斯维加斯分校的马修·拉赫尼特教授拿着一个从大峡谷洞穴中取出的石笋。署名:劳拉·桑盖拉
“我们的结果令人惊讶的是，在过去的温暖时期，夏季季风和对洞穴的渗透都有所增加，这表明夏季对大峡谷地下水补给非常重要，尽管今天不是补给的重要季节，”拉赫尼特说，他在2017年亲自从东大峡谷南缘红墙地层的一个洞穴中取回了石笋。“虽然我们仍然预计该地区未来会变干，但更强的夏季降雨实际上可能会比今天更多地渗透到地下。”
石笋是一种常见的洞穴构造，充当记录历史气候变化的古代雨量计。它们随着富含矿物质的水从地面渗出并从洞穴顶部的钟乳石滴下而生长。微小水滴中的方解石矿物积累了数千年，就像树木的年轮一样，准确地记录了一个地区的降雨历史。水中有三种天然形式的氧，其中一种形式的数量随着降雨量的增加而减少。随着时间的推移，这些信息被锁定在石笋中。
由于夏季和冬季降水中氧同位素组成的明显差异，可以估计每个季节的相对贡献。铀-234同位素的变化和石笋生长厚度的变化表明了降水量的变化。
新墨西哥大学教授Yemane Asmerom说:“我们能够用生长数据来验证氧气记录，用铀同位素数据来证实，事实上，我们在这个温暖的时期看到夏季水分显著增加，我们将这归因于季风。”“不幸的是，有效水分是降水和蒸发之间的平衡。与更温和的大峡谷气候不同，由于气温升高，干燥的南部地区可能会更干燥。”
研究小组使用石笋样本重建了全新世早期大峡谷地区的地下水补给率——或者说，渗透到含水层的水量。他们说，该地区其他高海拔高原也可能出现高地下水补给率，尽管尚不清楚这种活动如何适用于更热的低海拔沙漠。

UNLV古气候学家Matthew Lachniet在2017年从一个未受干扰的大峡谷洞穴中取回了石笋。署名:劳拉·桑盖拉
显而易见的是，持续的人为气候变化正在导致整个北美西南部气温升高，包括大峡谷地区。随着人口增长和农业压力，这种变暖会减少地表水渗入地下含水层。地下水补给率还取决于与季风季节相关的夏季降雨的频率和强度。
尽管夏季渗透目前并不是该地区地下水补给的重要因素，但这些最新发现表明，随着气候变暖和季风水分增加，这种情况在未来可能会发生变化。未知的是，预计冬季降水和积雪减少会如何影响整体地下水储量。
除了Lachniet和Asmerom之外，以下研究人员参与了该报告的合作:莱斯大学的Xiaojing Du和Sylvia G. Dee新墨西哥大学的维克多·波亚克；肯塔基大学的本杰明·w·托宾。