地球環(huán)境研究所揭示鋰同位素可作為重建水文變化的新指標(biāo)

水文變化是影響植被演替和生命演化的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力之一。然而，由于獨(dú)立記錄水文變化的指標(biāo)還十分有限，準(zhǔn)確重建過去的水文變化依然是一個(gè)難點(diǎn)。傳統(tǒng)的古氣候指標(biāo)，如δ18O，往往受到水汽來源、蒸發(fā)和溫度等多因素的影響，在不同氣候區(qū)難以作為一致反映水文變化的指標(biāo)。因此，目前仍然需要開發(fā)新的水文指標(biāo)，也是未來學(xué)科發(fā)展的大勢(shì)所趨。

為此，地球環(huán)境研究所金章東研究員團(tuán)隊(duì)選取位于典型西風(fēng)區(qū)、有“冰川之父”之稱的帕米爾高原慕士塔格流域作為研究對(duì)象，通過高時(shí)間分辨率（每周）采樣，對(duì)季節(jié)性河水鋰同位素（δ7Li）的地球化學(xué)行為和受控機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究發(fā)現(xiàn)，河水δ7Li呈現(xiàn)顯著的季節(jié)性變化（從旱季的17.9‰下降至雨季的2.5‰），并且清晰地記錄了水文變化信號(hào)。具體表現(xiàn)為：河水δ7Li的高值對(duì)應(yīng)較低的湖泊水位，而在湖泊水位較高時(shí)期，河水δ7Li值則下降到低值，δ7Li與湖泊水位之間呈現(xiàn)良好的負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖1）。但是，δ7Li與溫度之間未表現(xiàn)出相關(guān)性。

進(jìn)一步地，該研究對(duì)比了傳統(tǒng)水文指標(biāo) δ18O與新興指標(biāo)δ7Li在指示水文變化方面的潛力。結(jié)果表明，河水δ18O在西風(fēng)區(qū)主要由溫度主導(dǎo)（本研究），在季風(fēng)區(qū)則由降水主導(dǎo)（海螺溝）。相比之下，δ7Li在西風(fēng)和季風(fēng)區(qū)流域均一致響應(yīng)水文變化，表現(xiàn)出出色的水文指示能力。

上述研究對(duì)河水δ7Li的控制機(jī)制及其應(yīng)用研究提供了重要補(bǔ)充：（1）即使在構(gòu)造活躍、侵蝕強(qiáng)烈的冰川環(huán)境中，δ7Li仍能夠敏感、快速響應(yīng)水文變化。同時(shí)，其季節(jié)性變化高達(dá)~15‰，為目前全球河流觀測(cè)到的最大季節(jié)性變幅。（2）建立了溶解態(tài)δ7Li與實(shí)際湖泊水位變化之間的關(guān)系，為未來利用沉積檔案（如湖相自生碳酸鹽）中的δ7Li重建古水文提供了第一個(gè)野外實(shí)測(cè)的證據(jù)。（3）與傳統(tǒng) δ18O指標(biāo)相比，鋰同位素在西風(fēng)和季風(fēng)區(qū)均能夠更加敏感地記錄水文變化，并能有效排除溫度因素的干擾。

因此，鋰同位素有望成為重建過去水文變化極具潛力的新指標(biāo)，為古水文研究提供了新的研究方向。

上述研究成果于2026年3月發(fā)表在國(guó)際地球化學(xué)頂級(jí)期刊Geochimica et Cosmochimica Acta上。中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所的胡雅丹博士研究生為論文第一作者，金章東研究員和張飛研究員為論文共同作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院國(guó)際合作局未來伙伴網(wǎng)絡(luò)專項(xiàng)等聯(lián)合資助。

Yadan Hu, Fei Zhang*, Chen Chen, et al. Lithium isotopes as a new indicator for change in hydrology. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2026. https://doi.org/10.1016/j.gca.2026.03.018

圖1 河水δ7Li與湖水位及水溫的關(guān)系