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中科院地球環境研究所對陜南石筍最新研究成果顯示—— “引漢濟渭”未來依然有水可調
2018-03-06| 編輯: | 【 】【打印】【關閉
  譚亮成在塔吉克斯坦帕米爾高原考察洞穴。(受訪者供圖)

  ■記者 張瀟

  “簡單來說,北方的水少,漢江水資源豐富,南水北調中線工程和引漢濟渭工程都投資巨大,但是漢江未來有沒有水可以引?要知道這一點,必須了解過去的降雨變化,探究規律,這是預估漢江未來水量變化的基礎。所以,我們要做這樣的工作。” 中國科學院地球環境研究所譚亮成研究員聯合國內外同行,以陜南祥龍洞的4根石筍為研究對象,最近重建了該地區過去6650年以來的高分辨率季風降雨變化歷史。

  原來,漢江上游地區是我國南水北調中線工程的水文補給區,也是陜西省引漢濟渭工程的水源補給區。“引漢濟渭”被稱作陜西省的“南水北調”工程。該工程將漢江水引入渭河,以補充西安、寶雞、咸陽等5個大中城市的給水量。引漢濟渭工程是由漢江向渭河關中地區調水的省內南水北調骨干工程,是緩解近期關中渭河沿線城市和工業缺水問題的根本性措施。要調水,自然要先有水可調。譚亮成就是做這樣的研究——根據氣候變化規律,預測未來漢江上游降水量變化。漢江水資源變化不僅與陜南的環境及經濟發展密切相關,也對南水北調中線工程和引漢濟渭工程的水安全有重要影響。

  美麗石筍如何隱藏著氣候變化的秘密?

  那么,為何要從石筍中研究氣候變化?譚亮成解釋說,我們有氣象站的歷史不長,想要知道久遠的過去的氣候情況就要依據地質、生物載體等,它們是大自然忠實的記錄者。

  對此,該所的薛剛博士專門做過一個有趣科普。他幽默地說,提到石筍,有人就會說,我只知道萵筍、竹筍,什么是石筍啊?是吃火鍋的時候涮一下的蔬菜嗎?原來,氣候研究要用到的石筍,是生長在洞穴中的一種碳酸鈣次生沉積物。洞穴通常分布在喀斯特地貌區(巖溶地貌區),地表水從碳酸鹽巖(石灰巖/白云巖)裂隙進入到巖體的過程中,水對石灰巖有溶解作用,導致裂隙擴大從而形成了大大小小的溶洞。巖溶洞穴分布于我國的大江南北,但主要集中在西南地區。洞穴中常常分布著多種多樣的巖溶景觀,包括鐘乳石、石筍、石柱等等,就像是柞水溶洞里看到的一樣。這些景觀的形成,主要是由于降水與洞穴上方土壤中的二氧化碳結合形成具有酸性的溶液,該溶液流經碳酸鹽巖的裂隙并溶解了一部分碳酸鈣最終到達洞穴內部,由于洞穴內部環境條件與外界不同,使得原本溶液中的二氧化碳溢出導致碳酸鈣重新析出,一部分形成從洞頂向下生長的鐘乳石,另一部分由于滴水從洞頂滴到洞底,形成從下向上生長的石筍。

  薛剛博士介紹,這些石筍不僅僅是漂亮的景觀,還蘊藏著許多“秘密”。那到底什么是石筍的秘密呢?從地球上海洋誕生以來,時時刻刻都發生著冷暖干濕的變化。石筍的生長離不開滴水的作用,而每一滴滴水都攜帶著當時的氣候信息,并把這些秘密悄然“鎖”在了石筍中的礦物晶格當中。為了探索它的秘密,首先需要知道石筍有多少歲?從哪一年“活”到了哪一年?通過放射性同位素測年就可以得到石筍的年齡。然后,利用物理化學手段,從石筍中可以提取出其每一時間段內的“秘密”,便可以知道在它生長時間段內的氣候變化狀況。

  知道這些氣候變化的狀況又有什么用呢?俗話說,讀史才能明智,知過去方可看未來。目前,西安交通大學的程海教授已經利用石筍重現了過去64萬年的季風變化,這為預測未來季風變化提供了非常堅實的基礎。薛剛博士舉例說,喜歡看電影的應該都知道有一部美國大片叫《后天》,講的就是溫室效應帶來的全球變暖將會引發地球空前災難。杰克博士曾警告政府官員采取預防行動,但警告顯然已經太晚,最終還是造成了巨大災難。為了不讓電影中的悲劇上演,科學家們就需要了解過去氣候變化的狀況,進而結合計算機模擬等手段,科學地預估未來可能的氣候變化。

  研究結果和歷史記錄對比比較準確

  譚亮成的研究對象正是這樣的石筍。礦物質不斷沉淀,石筍一年一年往上長,那么,選擇哪里的石筍來研究呢?鑒于漢江上游氣候變化的重要性,譚亮成選擇陜南地區進行研究,最終經過艱苦的野外調查工作,在寧強祥龍洞和大魚洞獲取了數根石筍,重建了漢江上游過去6650年以來的高分辨率季風降雨變化歷史。研究顯示,該區石筍氧同位素記錄在軌道-亞軌道尺度反映了東亞夏季風強度的變化,而在百到十年尺度上代表當地季風降雨的變化。那么,碳同位素、氧同位素為何就能反應氣候變化?譚老師介紹,簡單來說,一段時間降水越多,氣候越適宜,地表植被越茂盛,土壤微生物活動就越強,滴水中溶解的碳同位素和氧同位素就偏負,這在石筍碳酸鈣晶體中被忠實記錄下來。反過來,氣候干燥,微生物活性差,滴水中溶解的碳同位素就偏正,同時滴水氧同位素也偏負。

  中國科學院地球環境研究所研究顯示,過去6650年以來,伴隨著北半球夏季太陽輻射的減弱,祥龍洞石筍氧同位素有逐步偏正趨勢,這和季風區其他石筍記錄一致,揭示東亞夏季風強度的逐漸衰弱。在更短的時間尺度上,譚亮成等發現了一系列的準千年-、準百年-、57年-、36年-、22年-等不同時間段的季風降水的變化周期。降水增多的時候,就可能造成漢江的洪水事件。這個結論準確嗎?和漢江支流已有的洪水沉積記錄比較,發現是比較準確的,史前時期至少四個時間段的降雨增多導致了漢江上游的4次特大洪水事件。

  未來漢江水資源不太可能存在不夠“調度”的問題

  除了這個跨度6650年的研究,譚亮成還做過漢江500年的氣候研究,并用來預測未來幾十年的降水變化。為何要做不同時間尺度的研究?譚亮成舉例說,就像股票有年線、月線變化,氣候變化大周期套小周期,研究的周期越多,預測就越準確。

  這樣的預測工作得出了一些初步結論。他預測了1982年到2042年的降水,發現低于過去500年的平均水平。那么,預測結果準確嗎?目前,根據從1982年到2018年的觀測記錄對比發現,吻合的很好,可信度比較高。也就是說,從數年平均的角度看,未來不大可能出現降雨低于過去60年極端干旱年的情況。也就是說從幾十年的長期趨勢來看,漢江水資源不太可能存在不夠“調度”的問題。不過降水也沒有上世紀五六十年代那么豐富。

  “當然,我們的預測不可能像天氣預報那么準確。只能說,未來20年不大可能發生長期的極端大干旱事件。”但是譚老師也強調,由于研究方法很新,這個結論還需繼續檢驗。


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