您是否曾在炎热的夏日走进地下洞穴，享受那份清凉的庇护？或者，您是否在冬季踏入洞穴时，感受过那份令人舒适的温暖？
下到洞穴中时，您不仅可以享受平稳的气候，还能欣赏石笋、钟乳石和流石的美丽景致，洞穴研究人员将这些沉积物称为 洞穴沉积物（speleothems）。
您或许已经知道，它们是由滴落或流过其表面的水中矿物质极其缓慢地生长而成的。这些水源自地表降雨，雨水穿过上方的土壤和石灰岩，渗入地下， 最终进入洞穴。
随着洞穴沉积物生长，它们会将降雨落到地表时的环境与气候条件的化学特征锁定在矿物质之中。因此，石笋生长时，地表气候特征会持续被封存在 新形成的层理中。
一些非常古老的石笋保存着极为遥远过去的气候特征，在某些情况下可追溯至数百万年前。它们所保存的过去气候档案，其时间跨度与自身年龄等长，往往早于全球气象站记录。
上方与下方
但是，如果一个洞穴在夏季保持凉爽、冬季保持温暖，那么它的气候与地表气候有何关联？这又如何影响洞穴沉积物所记录的化学特征？
为了解地表与洞穴气候之间的关系，我们的研究小组， Connected Waters Initiative Research Centre ，隶属于 UNSW Australia，位于新南威尔士州的 Wellington Caves Reserve 开展了多项实地实验。
实验期间，我们对地表与洞穴气候进行了详细测量。例如，使用高精度温度传感器测量地表水温，以及水滴落到洞穴地面并形成石笋处的水温。
研究团队通过向洞穴上方的地表灌溉冷却至冰点的水，在洞穴中人为引发受控滴水，以模拟降雨。
冷水使我们能够判断洞穴中的滴水是否受地表条件影响，还是受其地下流经路径的条件影响。
我们还在灌溉水中添加了一种天然化学物质，使我们能够区分洞穴中的水是来自灌溉，还是原本就存在于地下的水。
我们的研究结果 揭示了地表与洞穴气候之间复杂却有规律的关系。例如，地表温度变化会随深度显著减弱并出现延迟。
我们的研究阐明了如何从洞穴中的温度推断地表温度。理解这一点对于正确解读石笋所保存的特征、进而还原过去的地表温度记录，是十分必要的。
保持凉爽
我们还发现，进出洞穴的空气流动可以通过 蒸发洞穴沉积物表面流动的水，使洞穴沉积物降温。这种降温会显著影响封存于洞穴沉积物中的化学特征，并产生不能代表地表气候的“假”信号。
换言之，如果不加以考虑，这会使地表气候“看起来”比实际更凉爽。虽然这在位于干燥环境中的洞穴中更易发生，但对于那些在遥远过去曾暴露于更干燥气候中的洞穴石笋，也可能需要加以考虑。
我们的新认识还可以帮助科学家选择最合适的地点和石笋类型，用于重建过去的气候或环境条件。
这一新发现意义重大，因为它可以提高洞穴沉积物所记录的过去气候信号的准确性。它还可能帮助我们理解现有过去气候记录中此前无法解释的人为假象。通过增进对过去气候的理解，我们便能更好地把握未来的气候变化。
发表本文不代表世界经济论坛认同其中的观点。
要持续关注议程，请 订阅我们的每周通讯。
作者简介：Gabriel C Rau 是澳大利亚新南威尔士大学（UNSW）地下水水文学副讲师。Andy Baker 是该校 Connected Waters Initiative Research Centre 主任。Mark O Cuthbert 是伯明翰大学水文地质学研究员。Martin Sogaard Andersen 是澳大利亚新南威尔士大学（UNSW Australia）高级讲师。
图片：游客参观弗吉尼亚州卢雷的卢雷洞穴（Luray Caverns）。REUTERS/Carlo Allegri。
