科学家调查大峡谷的远古历史以预测未来的气候影响
大峡谷的山谷和跨越地球历史的数百万年岩层使其被指定为世界七大自然奇观之一。但是，根据内华达大学拉斯维加斯分校和新墨西哥大学的一项新研究，它的奇迹延伸到了地表以下的巨大洞穴系统，这可能为通过研究自然的过去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 教授领导的研究小组，包括新墨西哥大学地球与行星科学系 杰出教授 Yemane Asmerom 和研究科学家 Victor Polyak 以及其他合作者，研究了来自未受干扰的大峡谷洞穴底部的古代石笋。通过研究矿藏的地球化学，他们能够分析上一个冰河时代之后快速变暖时期的降水模式，以更好地了解未来气候变化对西南部和墨西哥西北部夏季季风降雨的潜在影响。
他们的研究结果“在温暖的全新世早期期间，大峡谷地下水补给增加”发表于 10 月 2 日 《自然地球科学》杂志上，该研究 结果表明，在 8,500 至 14,000 年前，即所谓的全新世早期，渗入洞穴的水位不断增加。整个地区气温上升。研究人员利用古气候模型确定，这可能是由于大气对空气循环模式的影响而导致夏季降雨加剧和扩大造成的，空气循环模式更快地融化了冬季积雪，加速了季风降雨的蒸发过程。
作者说，这一点意义重大，因为目前通过基岩渗透到洞穴和含水层并有助于地下水补给的大部分水都来自冬季融雪。然而，在全新世早期，峰值气温仅比今天稍高，夏季和冬季的水分都对该地区的地下水补给做出了贡献。
作者认为，未来的变暖可能导致气温升至全新世早期以上，也可能导致高海拔科罗拉多高原夏季降雨量增加，以及北美季风加剧，雷暴明显增加。降水通常发生在六月至九月中旬之间。
“我们的结果令人惊讶的是，在过去的温暖时期，夏季季风和洞穴渗透都增加了，这表明夏季对于大峡谷地下水补给很重要，尽管今天不是重要的补给季节，拉奇尼特于 2017 年亲自从东大峡谷南缘红墙组的一个洞穴中取出了这颗石笋。“虽然我们仍然预计该地区未来会干燥，但更强烈的夏季降雨实际上可能会渗入地下比今天更多。”
石笋是常见的洞穴结构，充当记录历史气候变化的古代雨量计。当富含矿物质的水渗入地面并从洞穴顶部的钟乳石尖端滴落时，它们就会生长。来自微小水滴的方解石矿物质经过数千年的积累，就像树木的年轮一样，准确地记录了一个地区的降雨历史。水中存在三种天然形式的氧，其中一种形式的数量随着降雨量的增加而减少。该信息是
随着时间的推移，它们被锁在石笋中。由于夏季和冬季降水之间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。
阿斯梅罗姆说：“我们能够通过生长数据验证氧气记录，并通过铀同位素数据证实，事实上，我们在这个温暖时期看到夏季湿度显着增加，我们将其归因于季风。” “显然，我们在时间方面非常精确地了解事物，因为我们知道如何确定事物的日期。我们因使用这些方法而闻名于世”，Polyak 补充道。
研究小组利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，即渗入含水层的水量。他们表示，该地区其他高海拔高原也可能出现高地下水补给率，但目前尚不清楚这种活动如何适用于较热的低海拔沙漠。
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(包括大峡谷地区)气温升高。除了人口增长和农业压力之外，这种变暖还会减少地表水渗入地下水含水层。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。
尽管夏季渗透并不是当今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湿度增加，这种情况在未来可能会发生变化。目前尚不清楚的是，预计冬季降水和积雪的减少将如何影响总体地下水储量。
在之前由新墨西哥大学阿斯梅罗姆领导并发表在《国家科学院院刊》上的一项研究中，他们发现北美季风可能会随着变暖的加剧而加剧。但还有其他主要基于模型的研究表明情况并非如此。这项新研究与 Asmerom 及其同事之前的研究一致。
“不幸的是，有效湿度是降水和蒸发之间的平衡。与更为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变得更加干燥，”阿斯梅罗姆说。
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