亚洲夏季风δ18O信号在岩溶地下水中的保存取得新进展

中国季风区石笋中的稳定氧同位素（δ¹⁸O）被广泛用于重建亚洲夏季风（ASM）的历史演变。然而，地下水作为石笋的补给来源，在降雨入渗过程中，非气候因素（如土地覆被）对降雨ASM δ¹⁸O气候信号在地下水中的保存机制尚未完全阐明。揭示上述机制对区分古气候记录中真实的气候信号和局地水文噪声具有重要意义。

为探明此关键问题，中国科学院地球化学研究所刘再华研究员团队联合贵州师范大学，在ASM降雨充沛的贵州西南地区，基于土地覆被不同的沙湾模拟试验场和两个洞穴开展了系统研究。通过流量等水文数据，以及降水、土壤水与地下水氢氧同位素数据，探讨了地表覆被对水文过程和降雨ASM δ¹⁸O信号传递的影响。

结果表明当地ASM降雨占年降雨的73.1%~79.5%，是地下水的主要补给来源。试验场地下水δ¹⁸O较好地继承了降水δ¹⁸O的季节和年际变化，并可有效代表天然滴水δ¹⁸O。然而，由于非夏季风（NSM）降雨的干扰，有土壤覆被下的地下水年平均δ¹⁸O未能反映降雨ASM δ¹⁸O的年际变化。相应地，试验场地下水ASM期间δ¹⁸O均遵循降雨ASM δ¹⁸O的年际变化。此外，研究发现土地覆被可以调节蒸发等水文过程，进而影响地下水δ¹⁸O的季节性变化和ASM δ¹⁸O富集。

图1 不同土地覆被下地下水δ¹⁸O在年和ASM时间尺度上同降雨ASM δ¹⁸O的年际变化

图2 不同土地覆被下的年入渗率和蒸散发率

上述表明土地覆被对蒸发和地下水入渗有重要影响，进而影响地下水δ¹⁸O，其中土壤较薄的岩溶环境更有利于地下水的入渗、降雨δ¹⁸O季节性和降雨ASM δ¹⁸O在地下水中的保存。

图3 土壤和植被覆盖对水文强度和δ¹⁸O信号影响的简化概念模型

此外，即使在NSM降雨不足30%的我国西南地区，降雨NSM δ¹⁸O也可能对地下水δ¹⁸O产生干扰，从而使得地下水δ¹⁸O在年尺度难以准确反映降雨ASM δ¹⁸O信号。相应地，消除降雨NSM δ¹⁸O干扰的关键在于识别地下水/滴水中保存良好的δ¹⁸O季节性特征。

本研究强调土地覆被在影响洞穴形成水的蒸发、入渗过程以及降雨ASM δ¹⁸O气候信号的关键作用。

上述成果发表于国际水文学期刊《JOURNAL OF HYDROLOGY》上。该研究得到了国家自然科学基金(42072278,42130501,42141008,42177248)和中国科学院先导计划项目（XDB4002000）以及贵州省科技计划项目(ZK [2022]306)等联合资助。

论文全文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2025.134241

（环境室 朱敏/供稿）