近日，M88地理与环境科学学院（喀斯特研究院）周忠发教授团队在环境领域1区TOP期刊Science of The Total Environment（IF=10.753）在线发表题为“Seasonal variations of cave dripwater hydrogeochemical parameters and δ13CDICin the subtropical monsoon region and links to regional hydroclimate”的研究论文。
洞穴研究有助于获取全球气候变化信息。厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）作为全球气候变化中最强的年际尺度信号之一，具有全球尺度的影响，由此引起的极端干旱、洪涝等自然灾害导致地球生态环境急剧恶化。洞穴石笋是记录全球气候信息的有效载体，石笋中的δ18O、δ13C以及微量元素比值等水文地球化学参数作为气候代用指标被广泛研究。然而，在大气环流模式、降水和岩溶环境共同作用下，滴水水文地球化学过程可以耦合控制洞穴沉积物的记录信息。因此，清楚认识水-土-气内部过程对滴水水文地球化学参数的影响以及与区域水文之间的联系，仍是一个重要的科学问题。
洞穴滴水是形成岩溶洞穴化学沉积物的动力条件，可为准确解译气候和环境信息提供重要依据。研究通过对西南地区湖南双河洞穴系统一级支洞麻黄洞滴水的长期、系统性监测，结合区域大气环流、降水和滴水水化学指标变化，识别控制滴水δ13CDIC值和微量元素比值的主要水文地球化学过程，分析不同滴水点水文路径的传输过程以及滴水水化学对水文环境变化的响应，评估区域降水从地表传递到洞穴期间的水化学演变和控制同位素组成因素，揭示季风区域水文环境中洞穴滴水气候代用指标对极端降水/干旱事件的信息记录。
该项研究结果表明，滴水δ13CDIC值和Mg/Ca、Sr/Ca比值在土壤CO2浓度和碳酸盐岩溶解等水-气-岩耦合过程控制下，旱季和雨季表现出不同的季节变化。受到复杂的洞穴裂缝和层理影响，监测的5个滴水点水文类型表现为快速渗流和慢速渗流，在不同程度上反映出降水的变化。滴水δ13CDIC值和Mg/Ca、Sr/Ca比值在年际尺度上能够反映厄尔尼诺（ENSO）引起的区域降水变化，特别是δ13CDIC值对极端降水和干旱事件带来的水文补给变化敏感，是西南季风区域水文信号记录的可靠指标。
控制滴水碳同位素值变化的过程
控制滴水微量元素比值变化的过程
不同路径模式下降水补给迁移到洞穴内部的过程
区域大气环流与水汽通量异常
该论文通讯作者为周忠发教授，第一作者系周忠发教授指导的2020级自然地理学硕士研究生张恒。该研究得到国家自然科学基金（42161048）、湖南省科技计划项目（黔科合基础-ZK[2021]一般191）的联合资助。
论文链接：http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.163509
