近年來(lái)，鈣華作為高分辨率古氣候環(huán)境重建的重要載體，越來(lái)越受到第四紀(jì)研究者的重視。由于鈣華具有較高的沉積速率(0.1~20mm/a)，使得其重建古氣候的分辨率可達(dá)年、季尺度。這有利于對(duì)突發(fā)且持續(xù)短的重大氣候環(huán)境事件(如重大洪水或干旱事件、地震等)和年—百年尺度氣候變化的揭露。
然而，利用鈣華進(jìn)行高分辨率的古氣候重建研究，首先必須了解鈣華的形成機(jī)理及其氣候替代指標(biāo)與氣候因子之間的關(guān)系。在氣候替代指標(biāo)中氧穩(wěn)定同位素的記錄無(wú)疑是人們關(guān)注的重點(diǎn)。然而，目前國(guó)際上普遍接受的Kim & O’Neil (1997)氧同位素平衡分餾系數(shù)的適宜性和影響鈣華氧同位素平衡分餾機(jī)制的研究還很缺乏。
中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所環(huán)境地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員劉再華帶領(lǐng)的鈣華研究小組通過(guò)對(duì)云南白水臺(tái)多個(gè)鈣華池的鈣華-水氧同位素分餾系數(shù)與鈣華沉積速率的相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)分餾系數(shù)明顯受沉積速率的控制：沉積速率越慢，鈣華-水氧同位素的分餾越容易達(dá)到平衡。當(dāng)鈣華沉積速率低于0.38 mg cm-2d-1時(shí)鈣華-水氧同位素近似達(dá)到平衡分餾，并建立了氧同位素分餾系數(shù)與鈣華沉積速率之間的關(guān)系方程。此外，研究結(jié)果支持Coplen (2007)的研究結(jié)論，即方解石-水氧同位素的平衡分餾系數(shù)大于之前普遍接受的Kim & O’Neil (1997)提出的值。同時(shí)，研究結(jié)果也支持Dietzel et al. (2009)的研究結(jié)論，即隨著沉積速率的升高，動(dòng)力分餾效應(yīng)優(yōu)先使輕的16O進(jìn)入方解石晶體。
該研究指出，由于鈣華沉積速率的季節(jié)變化非常明顯，因此在利用鈣華氧同位素記錄進(jìn)行古氣候重建時(shí)，必須考慮鈣華沉積速率對(duì)氧同位素季節(jié)變化重建溫度的影響。對(duì)于表生鈣華(系統(tǒng)CO2主要來(lái)源于土壤CO2)，其沉積速率變化主要受溫度控制，表現(xiàn)為夏-秋季高，而冬春季低，這樣夏秋季較高的沉積速率就會(huì)使本就偏負(fù)的氧同位素（溫度效應(yīng)）進(jìn)一步偏負(fù)，因此放大了氧同位素重建的溫度季節(jié)變化幅度，使重建的古溫度變化范圍偏大（可達(dá)7-8oC）。而對(duì)于內(nèi)生鈣華(系統(tǒng)CO2來(lái)源于深部成因CO2)而言，其沉積速率主要受稀釋效應(yīng)的控制，其沉積速率的季節(jié)變化正好與表生鈣華相反，為夏-秋季低，而冬-春季高。冬春季溫度較低，鈣華氧同位素應(yīng)該偏正，但是較高的沉積速率使其氧同位素值偏負(fù)，進(jìn)而抵消或減弱了氧同位素的季節(jié)變化，使重建的古溫度的變化幅度偏小。
相關(guān)成果發(fā)表在國(guó)際地球化學(xué)雜志Geochimica et Cosmochimica Acta 上。
