海德堡大学和卡尔斯鲁厄理工学院的地球科学家组成的研究小组将年轮数据与石笋信息结合起来，获得了一份独特的档案，用于研究几个世纪以来的自然气候变迁。研究人员分析了德国南部一个洞穴中由钙质水形成的石笋中氧的同位素组成。结合从树木年轮中获得的数据，他们能够重建几个世纪以来的短期气候波动，并将其与有历史记载的环境事件联系起来。
Kleine Teufelshöhle"一侧地区活跃的滴水岩地层。图片来源：KIT（作为 HEiKA 项目 Check Extrema 的一部分拍摄）
树年轮和短期气候分析
卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的地球科学家托比亚斯-克鲁格（Tobias Kluge）博士解释说，到目前为止，只有通过年轮记录，结合多项研究的独立测量数据，才能对数百年的短期气候波动进行分析。树木年轮的大小相差几毫米，它提供了有关季节性降水动态的信息，反过来又指出了特定生长时期的气候条件。据克鲁格博士介绍，在寒冷的年份，夏季降雨量会特别大，而在温暖的年份，冬季则会非常潮湿。
与树年轮相比，石笋只有在特殊情况下才用于系统测量气候数据及其年度变化。决定性因素是渗入洞穴的雨水，其溶解的石灰形成了石笋。这些雨水来自当地寒冷和温暖季节的降水，每种雨水都具有特殊的氧同位素组成。由此可以分析出冬季降水还是夏季降水在哪些年份占主导地位。
案例研究： Kleine Teufelshöhle 石笋
海德堡和卡尔斯鲁厄的研究人员研究了瑞士弗兰肯地区"Kleine Teufelshöhle"的石笋--一种从洞穴底部向上生长的滴水岩。这根石笋的生长速度为每千年 1 到 4 厘米，年生长速度约为一根头发的宽度，其生长速度比同类石笋慢得多。
石笋的生长带比年轮细上百倍，因此仅几厘米的生长带就能提供千年气候条件的数据。海德堡大学地球科学研究所使用离子探针测量了氧同位素的组成。海德堡离子探针实验室负责人马里奥-特里洛夫（Mario Trieloff）博士教授解释说："分析需要在每年仅几微米的生长区内进行精确测量，只有这种大型研究设备才能做到这一点。"
石笋数据揭示的历史气候事件
研究人员报告说，从"Kleine Teufelshöhle"石笋中获得的气候数据揭示了地区性和全球性的环境事件。1816 年是异常寒冷的一年，被称为"无夏之年"，它源于 1815 年 4 月印度尼西亚坦博拉火山的爆发，而六年前一次至今未知的火山喷发可能加剧了这一现象。石笋测量数据显示，这一时期夏季寒冷，冬季潮湿，加上常年洪水泛滥，导致歉收和饥荒。
石笋中储存的信息还提供了长期气候波动的证据，如小冰河时期，其核心时期始于 16 世纪末，一直持续到 17 世纪末。据研究人员称，这一时期洪水频发，在离"Teufelshöhle"不远的纽伦堡市就有历史记载。
研究人员利用附近的年轮档案对洞穴中的气候数据进行了验证。KIT 应用地球科学研究所的 Kluge 博士解释说，这些数据表明，寒冷干燥的冬季推迟了每年冰雪融化的时间，导致短期内发生大洪水，造成了灾难性后果。
编译来源：ScitechDaily