墨尔本大学拉塞尔·德里斯戴尔 信用:Shutterstock 对过去气候的研究——古气候学——包括对储存在自然档案中的物理、化学和生物信息的询问，如冰芯和海洋沉积物
例如，对南极冰芯的测量被用来重建冰盖上方过去的温度变化和全球大气温室气体浓度
估计过去的温度是古气候难题中的一个基本部分
它帮助我们了解每个地区如何应对全球气候变化的主要事件
到目前为止，我们关于过去温度的大部分信息来自海洋沉积物和冰芯
这些包含的化学性质随温度变化很大
但是这些只能告诉我们海洋盆地和极地的温度
占据地球表面其余部分的陆地呢——我们生活的地方？ 事实证明，陆地环境中的选择是有限的:我们研究的自然档案往往缺乏直接代表温度的属性
在最近发表在《自然通讯》上的一项研究中，我们表明，在一个很少被研究的档案中——水下洞穴——镁的变化模拟了几十万年来海洋温度的变化
到目前为止，我们关于过去温度的大部分信息来自海洋沉积物和冰芯
信用:Shutterstock 洞穴是形成于洞穴中的碳酸钙矿床
石笋是最著名的例子，被广泛用于研究过去的气候和环境变化
水下洞穴是不同的
它们生长在洞穴池塘和湖泊中，有时在地下水位之下
在我们的研究中，我们从拉赫托巴索的一个水下洞穴钻取了一个岩心样本，这是一个位于意大利托斯卡纳巨大的安特罗-德尔-科恰洞穴系统中的水池
首先，我们采集了一系列沿着核心生长剖面间隔一毫米的样本
澳大利亚核科技组织的同事分析了这些样品中的镁含量
这些结果涵盖了过去四个冰期旋回(大约过去350，000年)，显示了与北大西洋海洋沉积物核心记录的海面温度模式的显著相关性
对我们的团队来说，这是一个令人兴奋但出乎意料的发现，因为它表明我们发现了一种对温度变化有反应的化学性质
为了验证这种相似性，我们把注意力集中在这个区间内的一个时间片上，这个时间片被称为终止二——这是倒数第二个冰河时代结束的时期，大约在136，000到128，000年前
该小组在意大利托斯卡纳的一个名为拉赫托·巴索的水池中，从水下洞穴钻取了一个岩心样本
学分:墨尔本大学 在变暖期间，附近海洋的温度在几千年内上升了8℃，所以我们预计水下洞穴中镁的浓度会大幅增加
这一次，我们用直径为百分之三毫米的激光束对洞穴进行采样，并在墨尔本大学地球科学学院的质谱仪上测量了不同元素的丰度
我们发现结果和我们预期的完全一样，但更令人信服的是:镁的急剧上升与其他研究报道的海洋温度的急剧上升发生在同一时间
那么，Mg作为温度传感器是如何工作的呢？ 镁对碳酸钙矿物有很强的亲和力，尤其是方解石
它可以占据钙离子在方解石晶体结构中的位置
重要的是，随着溶液温度的升高，方解石中镁的含量也会增加
如果溶液中的镁浓度保持不变，但水温升高，方解石中的镁浓度将增加
但是有一个问题
在岩洞水中，镁钙比很少随着时间的推移而保持不变——它会随着有多少水通过含水层岩石到达洞穴生长的地方而变化
取自托斯卡纳拉赫托巴索水下洞穴的岩心样本
学分:墨尔本大学 这种“水文效应”通常远远超过镁的温度依赖性
但是水下洞穴，就像我们研究的一样，是不同的
它们的生长速度比由同一洞穴水形成的石笋慢10倍
这是因为将溶解在池水中的离子转移到固体方解石晶体的反应非常缓慢
在水池的慢反应环境中，镁从池水分配到方解石的温度依赖性明显更高，以至于它抵消了任何水文效应
几十年来，海洋学家一直在测量海洋微体化石和珊瑚中的镁浓度，以估计过去的海洋温度
它在这种情况下运行良好，因为过去几百万年间海水镁的变化相对较小
但我们的研究首次表明，洞穴中的镁可以作为温度的代表
这是因为科学家以前没有考虑过水下洞穴
我们的下一步是将镁含量的相对变化转换为绝对温度值，以产生洞穴位置温度变化的时间序列
我们研究的结果为寻找过去温度的地球记录提供了令人兴奋的新机会
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