基于碳酸盐稳定同位素 (δ¹⁸O_w)和团簇同位素(Δ₄₇)的温度计近年来已广泛应用于青藏高原的高程演化研究。然而，这些方法高度依赖广泛分布、保存良好的湖相与土壤碳酸盐，而在以强侵蚀为主，缺乏连续沉积记录的地区往往难以获取，导致其应用范围受限。相比之下，洞穴碳酸盐（speleothem）和钙华（tufa）等地表碳酸盐分布更广, 不依赖大型沉积盆地，沉积环境多样，是重要的地质载体。然而，这类碳酸盐由于形成过程中普遍存在快速CO₂脱气相关的同位素不平衡效应，其δ¹³C、δ¹⁸O以及Δ₄₇信号偏离环境平衡值。因此，这些“非理想”碳酸盐是否具备古高度重建所需的同位素敏感性，仍需在现代自然海拔梯度下开展系统验证。

图1. 研究区域的地形与采样位置示意图

针对上述科学问题，中国科学院广州地球化学研究所博士孔凯在导师郭炀锐副研究员和邓文峰研究员的指导下，沿云南地区0-3500 m的海拔梯度采集现代洞穴碳酸盐和钙华样品（图1），系统评估了δ¹³C、δ¹⁸O 与 Δ₄₇对高程变化的响应关系。研究得到以下主要认识：

（1）尽管存在显著同位素非平衡效应，采样点平均Δ₄₇值与海拔仍呈显著正相关（图2）。对应的温度递减率为‒5.2 ± 0.4 °C/km, 与区域现代大气温度递减率（‒5.1 °C/km）高度一致。这表明即使单个样品受到不平衡效应影响，采样点平均Δ₄₇信号仍能可靠记录环境温度的系统性变化。

（2）利用团簇同位素温度（TΔ₄₇）和碳酸盐δ¹⁸O_c值计算的δ¹⁸O_w在海拔>1100 m区间呈现强负相关（图3），反映出典型的降水瑞利分馏过程。这表明基于碳酸盐的δ¹⁸O_w在非平衡效应下能够有效记录高海拔降水的氧同位素变化特征。

（3）研究进一步利用基于现代碳酸盐建立的Δ₄₇-海拔与δ¹⁸O_w-海拔关系，对青藏高原东南缘及中部地区全新世以来的碳酸盐结壳进行了古高程重建验证（图4）。结果显示，Δ₄₇指标重建的高程结果与真实海拔值较为吻合；而δ¹⁸O_w在青藏高原中部存在较大偏差，反映了水汽源区及蒸发等过程的影响。尽管如此，本研究基于碳酸盐建立的δ¹⁸O_w-海拔关系与青藏高原南部现代地表水氧同位素的海拔效应普遍一致（图5），表明了该经验关系在青藏高原南部具有较好的应用潜力。

图2. 采样点平均的Δ₄₇值与海拔的相关关系

图3.（a）基于碳酸盐的 δ¹⁸O_w与海拔的关系;（b）基于碳酸盐的δ¹⁸O_w值与实测水样 δ¹⁸O_w值的对比关系；（c）采样点 10 年平均降水量与海拔的关系

图4.（a）基于云南地区现代 Δ₄₇–海拔关系（a）和δ¹⁸O_w–海拔关系（b）的高程重建与实际海拔对比

图5. 碳酸盐 δ¹⁸O_w–海拔关系在青藏高原地区适用性的评估

该研究首次系统评估了快速去气成因的陆表碳酸盐在自然海拔梯度下的稳定同位素响应，揭示其在非平衡背景下仍能可靠记录环境温度与降雨氧同位素随海拔的系统性变化，为未来利用碳酸盐载体进行古高程重建工作拓展了新的载体与方法。该研究成果近期发表于国际地学期刊《Journal of Geophysical Research: Earth Surface》。本研究获得了国家自然科学基金（42173016，42373004）的资助。

论文信息：Kong, K（孔凯）., Guo, Y*（郭炀锐）., Tang, H（唐赫）., Tang, F（唐飞）., Chen, Y（陈怡伟）., Wei, G（韦刚健）., 和 Deng, W*（邓文峰）. (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