基于碳酸鹽穩定同位素?(δ¹⁸O_w)和團簇同位素(Δ₄₇)的溫度計近年來已廣泛應用于青藏高原的高程演化研究。然而，這些方法高度依賴廣泛分布、保存良好的湖相與土壤碳酸鹽，而在以強侵蝕為主，缺乏連續沉積記錄的地區往往難以獲取，導致其應用范圍受限。相比之下，洞穴碳酸鹽（speleothem）和鈣華（tufa）等地表碳酸鹽分布更廣, 不依賴大型沉積盆地，沉積環境多樣，是重要的地質載體。然而，這類碳酸鹽由于形成過程中普遍存在快速CO₂脫氣相關的同位素不平衡效應，其δ¹³C、δ¹⁸O以及Δ₄₇信號偏離環境平衡值。因此，這些“非理想”碳酸鹽是否具備古高度重建所需的同位素敏感性，仍需在現代自然海拔梯度下開展系統驗證。

圖1. 研究區域的地形與采樣位置示意圖

針對上述科學問題，中國科學院廣州地球化學研究所博士孔凱在導師郭煬銳副研究員和鄧文峰研究員的指導下，沿云南地區0-3500 m的海拔梯度采集現代洞穴碳酸鹽和鈣華樣品（圖1），系統評估了δ¹³C、δ¹⁸O 與?Δ₄₇對高程變化的響應關系。研究得到以下主要認識：

（1）盡管存在顯著同位素非平衡效應，采樣點平均Δ₄₇值與海拔仍呈顯著正相關（圖2）。對應的溫度遞減率為?5.2 ± 0.4 °C/km, 與區域現代大氣溫度遞減率（?5.1 °C/km）高度一致。這表明即使單個樣品受到不平衡效應影響，采樣點平均Δ₄₇信號仍能可靠記錄環境溫度的系統性變化。

（2）利用團簇同位素溫度（TΔ₄₇）和碳酸鹽δ¹⁸O_c值計算的δ¹⁸O_w在海拔>1100 m區間呈現強負相關（圖3），反映出典型的降水瑞利分餾過程。這表明基于碳酸鹽的δ¹⁸O_w在非平衡效應下能夠有效記錄高海拔降水的氧同位素變化特征。

（3）研究進一步利用基于現代碳酸鹽建立的Δ₄₇-海拔與δ¹⁸O_w-海拔關系，對青藏高原東南緣及中部地區全新世以來的碳酸鹽結殼進行了古高程重建驗證（圖4）。結果顯示，Δ₄₇指標重建的高程結果與真實海拔值較為吻合；而δ¹⁸O_w在青藏高原中部存在較大偏差，反映了水汽源區及蒸發等過程的影響。盡管如此，本研究基于碳酸鹽建立的δ¹⁸O_w-海拔關系與青藏高原南部現代地表水氧同位素的海拔效應普遍一致（圖5），表明了該經驗關系在青藏高原南部具有較好的應用潛力。

圖2. 采樣點平均的Δ₄₇值與海拔的相關關系

圖3.（a）基于碳酸鹽的?δ¹⁸O_w與海拔的關系;（b）基于碳酸鹽的δ¹⁸O_w值與實測水樣?δ¹⁸O_w值的對比關系；（c）采樣點?10 年平均降水量與海拔的關系

圖4.（a）基于云南地區現代?Δ₄₇–海拔關系（a）和δ¹⁸O_w–海拔關系（b）的高程重建與實際海拔對比

圖5. 碳酸鹽?δ¹⁸O_w–海拔關系在青藏高原地區適用性的評估

該研究首次系統評估了快速去氣成因的陸表碳酸鹽在自然海拔梯度下的穩定同位素響應，揭示其在非平衡背景下仍能可靠記錄環境溫度與降雨氧同位素隨海拔的系統性變化，為未來利用碳酸鹽載體進行古高程重建工作拓展了新的載體與方法。該研究成果近期發表于國際地學期刊《Journal of Geophysical Research: Earth Surface》。本研究獲得了國家自然科學基金的資助。

論文信息：Kong,?K（孔凱）.,?Guo,?Y*（郭煬銳）.,?Tang,?H（唐赫）.,?Tang,?F（唐飛）.,?Chen,?Y（陳怡偉）.,?Wei,?G（韋剛健）., 和 Deng,?W*（鄧文峰）.?(2025).?Quantifying elevation effects on δ¹³C, δ¹⁸O, and clumped isotope (Δ₄₇) in modern terrestrial carbonates from the southeastern Tibetan Plateau: Implications for paleoelevation reconstruction.?Journal of Geophysical Research: Earth Surface,?130, e2025JF008315?https://doi.org/10.1029/2025JF008315