石笋记录、氧同位素记录、遥感技术

石笋记录

一、定义：

石笋（Stalagmite），为碳酸钙石灰岩，位于溶洞洞底的尖锥体，是喀斯特地形的一种自然现象。

二、石笋发育与形成：

饱含着碳酸钙的水通过洞顶的裂隙或从钟乳石上滴至洞底。一方面由于水分蒸发，另一方面，由于在洞穴里有时温度较高，水溶解二氧化碳的量减小，所以，钙质析出，沉积在洞底。自下向上生长的是石笋，从上往下生长的是石钟乳。

三、石笋记录用于气候、环境变化等研究的条件（原因）：

洞穴石笋是由滴水带来碳酸盐矿物沉积形成的，而洞穴滴水是雨水通过石灰岩从地表渗透下来的，必然经过土壤层。由于植物的根呼吸和微生物活动，土壤中的空气含有大量二氧化碳。一方面，土壤二氧化碳的多少受温度的控制；另一方面，土壤二氧化碳的多少又能决定岩石被溶解的多少:二氧化碳含量高，水的酸度就大，被溶蚀的石灰岩就多，沉积到洞里的物质也就多；反之也成立。由此可见，水不但是运输物质的载体，而且也是传递信号的媒介。在从地表向地下传递的过程中，水流不但带有大气温度或降水变化的信号，而且还加入了许多地质、土壤环境变化的信号。当水最后到达洞里，从滴水沉积出来的石笋也就成了一个环境气候变化的记录器。

四、石笋记录用于气候、环境变化等的优势

太阳辐射的变化、海平面的变化及气候系统内部循环的变化都是可能与影响季风的因素。黄土虽然可以清晰地反映季风的变化,但是古环境重建的分辨率难以提高。碳酸盐沉积物具有明显的优势,总结其优势如下：

1.石笋分辨率高，可以达到年际分辨率；

2.石笋代用指标丰富，Th/U比值适合与铀系精确定年，可以进行高精度采样分析；

3.石笋样品分别广泛且时间跨度较大

4.石笋受外界干扰较少，洞穴内部相对封闭的环境是石笋生长受到的影响较小，生长机制对环境敏感、记录比较连续完整；

这对古气候古环境的研究至关重要。因此石笋成为综合研究最近几十万年以来气候与生态环境变化的理想载体。

五、石笋古气候研究中常用代用指标

1.氧同位素

2.碳同位素

3.微量元素

4.灰度

5.微层厚度

6.有机物与分子化石

氧同位素记录

一、定义：自然界中氧以氧-16、氧-17、氧-18三种同位素的形式存在，相对丰度分别为99.756%、0.039%、0.205% ，天然物质的氧同位素组成通常用由18O/16O比值确定的δ(18O)来描述，一般采用标准平均海洋水(SMOW)作为标准品。

二、用途：氧同位素在地球科学中广泛用于确定成岩成矿物质来源及成岩成矿温度。在生物学和医学上有广泛应用前景。氧同位素在地理学中被用作年代确定的参考，常用于冰川的断代。

三、氧同位素的应用原理与部分应用领域

1. 冰芯中的δ18O与古气候变化信息研究原理

氧元素有氧-16、氧-17和氧-18三个同位素，其中以氧-16为主，氧-17所占比例很小，甚至可以忽略，18O的比例为0.2%。18O属于稳定同位素，其含量比例并不随时间变化。但是，当水的相态发生转变时，就会影响到氧同位素的含量，所以18O的含量变化自然就和温度联系起来；

H218O的饱和水汽压要稍低于H216O，这使H216O比其它同位素水分子更易挥发而较难凝结，从而造成水在相变过程中发生同位素分子的分馏。这样固、液态水中的氢、氧重同位素要比气态水富集些, 而且随温度变化它们的富集程度也跟着变化。另外,分子量大的同位素水分子在空气中的扩散速度要比H216O慢些,这样在水分的蒸发、输送和凝结沉降过程中导致同位素分布的地理差异。由于这些差异的存在,使冰雪中的同位素比值能较好地反映当时温度和降水条件的变化,从而可以用来恢复局部地区甚至全球的过去温度与过去水汽输送途径的变化。

2.氧-18在环境科学和水文地质学中的应用原理

氧-18和氢气反应生成重水，重氧气有氧气的性质和特点。其用途主要做同位素追踪。在环境科学和水文地质学上，重氧水作为地表和地下水的示踪剂，也是一项新的技术。该项技术采用简单的稀释方法：在测定点灌入一定量的重氧水，在其下游取水样分析，从这些氧-18含量的分析结果可以获得水从原点向四周扩散的速率、范围等数据，从而得到相关的结论。这项技术非常有吸引力，因为重氧水是稳定同位素示踪剂，不和水源起任何反应，只是简单的混合。其总费用要比使用其他测定方法便宜得多。

遥感技术

一、基本概念与定义：

遥感技术是利用安装人造卫星、飞机或其他飞行器等载体上的传感器收集地物目标的电磁辐射信息，并将特征记录下来，借此探测和识别目标地物特征的一种综合性感测技术。

现代遥感技术主要包括信息的获取、传输、存储和处理等环节。完成上述功能的全套系统称为遥感系统，其核心组成部分是获取信息的遥感器。遥感器的种类很多，主要有照相机、电视摄像机、多光谱扫描仪、成像光谱仪、微波辐射计、合成孔径雷达等。传输设备用于将遥感信息从远距离平台(如卫星)传回地面站。信息处理设备包括彩色合成仪、图像判读仪和数字图像处理机等。

二、遥感系统的组成

遥感技术是由遥感器、遥感平台、信息传输设备、接收装置以及图像处理设备等组成。

1.遥感器装在遥感平台上，它是遥感系统的重要设备，它可以是照相机、多光谱扫描仪、微波辐射计或合成孔径雷达等；

2.遥感平台是搭载传感器的工具，人造卫星、飞机或其他飞行器等都可以是遥感平台；

3.信息传输设备是飞行器和地面间传递信息的工具，接收装置是地面上用于接受电磁波信息的工具；

4.图像处理设备对地面接收到的遥感图像信息进行处理（几何校正、滤波等）以获取反映地物性质和状态的信息。图像处理设备可分为模拟图像处理设备和数字图像处理设备两类，经过处理的图像信息找出特征，与典型地物特征进行比较，以识别目标。

三、遥感的基本原理

任何物体都具有光谱特性，具体地说，它们都具有不同的吸收、反射、辐射光谱的性能。在同一光谱区各种物体反映的情况不同，同一物体对不同光谱的反映也有明显差别。即使是同一物体，在不同的时间和地点，由于太阳光照射角度不同，它们反射和吸收的光谱也各不相同。遥感技术就是根据这些原理，对物体作出判断。

遥感技术通常是使用绿光、红光和红外光三种光谱波段进行探测。绿光段一般用来探测地下水、岩石和土壤的特性；红光段探测植物生长、变化及水污染等；红外段探测土地、矿产及资源。此外，还有微波段，用来探测气象云层及海底鱼群的游弋。

三、遥感技术优势与用途

（一）优势

1.探测范围大：航摄飞机高度可达10km左右；陆地卫星轨道高度达到910km左右；

2.获取资料的速度快、周期短；

3.受地面条件限制少：不受高山、冰川、沙漠和恶劣条件的影响；

4.方法多，获取的信息量大：用不同的波段和不同的遥感仪器，取得所需的信息。不仅能利用可见光波段探测物体，而且能利用人眼看不见的紫外线、红外线和微波波段进行探测。不仅能探测地表的性质，而且可以探测到目标物的一定深度。微波波段还具有全天候工作的能力。

（二）用途

航空和航天遥感能从不同高度、大范围、快速和多谱段地进行感测，获取大量信息。航天遥感还能周期性地得到实时地物信息。因此航空和航天遥感技术在国民经济和军事的很多方面获得广泛的应用。遥感