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深入洞穴：洞穴密码
央视国际 2004年11月17日 15:07
这位正在指挥弟子们探洞的老人，是洞穴研究的一线科研人员。已经70多岁的古稀老人，一生不知探了多少洞穴，但是在老人心目中最最割舍不下的还是北京房山的石花洞，缘由还是他和弟子们在1995年11月4 日的一次洞穴样本的采集。
那一天，老人率领弟子们来到了石花洞第三层的一段南北走向的大走廊，这里正好是与石花洞岩层东西走向相垂直的裂隙。裂隙的南端叫戏台大厅，海拔320米，洞顶厚度有150米，就在它附近的钙华板上，他们采集了一枚直径有10厘米，长14厘米的石笋；而北端的平型关，洞穴顶板比较薄，只有大约50米，在廊道的一个崩塌块上他们又采集到另一枚长33厘米，直径9厘米的石笋。
从两个石笋剖面来看：清晰的纹理密集而整齐，这表明由于滴水长期的不间断，连续形成的碳酸钙沉积，也就是说石笋是在连续沉积的过程中生长出来的，不会出现其他洞穴沉积常常发生的沉积间断。
当这两块石笋被送到中科院地质与地球物理研究所以后，进行了微层理方面的分析，专家们在微米之间寻找着万年、千年、百年的答案，这些长短明暗如同条形码一样的纹理其实就是科学家解读古气候的密码，每一个明暗的纹理代表着一个冷暖的周期，而纹理的宽窄则表示干湿冷暖周期的长短时间。
样品的切片非常清晰地刻录着气候的纹理，仅仅在石笋上端0.5毫米的区域里就记录着1947-1961年这之间17年来的气候变化。
也就是这块9501石笋样本，在1996年8月挪威卑尔根大学召开的“气候变化中的喀斯特记录”国际研讨会上，被专家们一致认为是世界上最好的样品之一。
这次的成就令老人和洞穴研究的科学家们兴奋不已，他们似乎找到了记录古气候环境的一把新的钥匙。
自从1952年美国人莫尔首先使用“钟乳石（Speleothem）”来描述洞穴碳酸钙以来，人们认识到石笋与黄土、湖泊泥纹、树木年轮、冰芯、珊瑚一样，可记录自然环境的变化，特别是石笋年层的发现，为研究全球变化提供了高分辨地质载体。
然而对于石笋微层理技术的应用，不仅需要研究石笋本身，还要研究洞内气候与洞外气候之间的相互关系，以及对洞穴顶板的厚度、岩石的性质、裂隙发育的状况，还有含水量、渗透系数和二氧化碳变化等等因素，对这些代用指标进行动态的观测之后，再确认石笋微层理的年层，这样才显得更加客观。
一般来说在喀斯特洞穴中，都能够找到各个时段的石笋，有现代生长的，也有数十万年以前生长的。这种大的时间跨度不仅在单个石笋上表现出来，而且在多个石笋的拼接上也可以获得数十万年来的比较连续记录的古环境信息。所以说石笋可以完整地记录古环境信息。
让我们还是回到石花洞中顺着老人的视线来探询洞穴里的奥秘？
在北京房山所有的洞穴中，石花洞算得上是华北地区最大，中国第二大的洞穴，它在洞穴结构、洞穴
的化学沉积以及洞穴中的历史都可以说是具有一定的代表性。
经过地质勘探，石花洞上下共有7层，这是全国喀斯特洞穴结构的冠军。仅在1-2层洞内就有63个形态各一的小支洞，每一层都有十几米的落差，这种落差非常的陡峭，这种陡峭在没有开发的5-7层里，科研人员只能用特殊的手段才能下去。即便是经过训练的人，下石花洞也要几个小时才能完成全部的下降过程。
常常流连在石花洞这种复杂构造中的老人，经过几年的细心统计并和其他洞穴相关资料相对比，石花洞1-3层洞壁上悬挂的200多枚石盾，不仅让石花洞在全国洞穴石盾的排行榜上高居榜首，而且还让石花洞成为中国洞穴石盾的典型代表。
我们不禁疑惑：究竟是什么鬼斧神工之力打造出洞穴里的各种造型？人们常说：小中见大，洞穴里那些千奇百怪的造型，也许会解开我们心中的一些疑惑？
尤其是滴水的各种形态，这是洞穴里最多的造型。有上下贯通的石柱，洞顶和洞壁倒挂的石钟乳，洞底生长的石笋，还有那薄如蝉翼的鹅管。
不要小看了这一滴滴的水珠，它们经过了几十万年甚至上亿年的自由落体的下坠，才成就出石柱、石笋、石钟乳和鹅管。虽然这是一个非常缓慢的下落过程，但却是生生不息的运动着，只要洞穴里的环境条件不发生剧烈的变化，一般来说石笋的生长速度大约是一万年才能够长0.6-1.2米这么高。
早在20世纪80年代初期，老人就与众多的研究洞穴课题的科学家们合作，针对石花洞里的碳酸钙科学家用碳14进行年代测量，借以破译洞穴形成久远的地质年代，他们采集了22个数据，这些年代数据为在我国首次建立岩溶地质剖面奠定了基础。为了确保数据的准确性，1989年，科学家再一次使用电子自旋共振技术测定地质和考古年代，对石花洞9501和9502样品进行了测量，测定结果大于30万年，这样就为测定大于10万年以上年代的碳酸钙样品开创了先例。
在石花洞2、3、4层廊道里生长的表面比较粗糙的石笋，石钟乳、石柱，它们被测试鉴定出都是在七十万年前到一万年前那个叫第四纪更新世周口店期发育而成的。这些样品剖面上均衡的纹理刻录着当时北京的气候。那时的北京，气候潮湿炎热，森林密布的平原上水草丰沛，这些已经在周口店古人类遗址上找到证据，那些在岩层里出土的植物种子就是最好的佐证。
因为北京猿人头盖骨出土的第一地点就是一个石灰岩的洞穴。它与石花洞的石灰岩同属于一个时代的岩层。虽然现在这个洞穴已经坍塌成一个大坑，但经过半个多世纪的发掘考察，在这个40多米深的坑壁上，不仅可以清晰地看见十七个堆积层；而且还鉴定出第三层到第十一层是北京猿人生活居住的洞穴空间。这些岩层中出土了6具头盖骨、15具颚骨，以及150多颗牙齿，对这些出土的古人类遗骸进行鉴定之后，科学家们推定：北京猿人生活在迄今70万年到23万年以前以前周口店这个喀斯特洞穴里。
尤其是岩壁上残留着的多处灰烬层，根据灰烬层的厚度可以推算出当时北京猿人使用火堆燃烧的年代，一米的堆积厚度可以代表大约十万年，而岩壁上有的地方竟然堆积了6米厚的灰烬，很难想象这个火堆居然熊熊燃烧了50多万年经久不息。这个长明的火堆充分说明了北京猿人已经熟练地掌握了火的控制和使用，这是世界上最早懂得使用火的人类之一。
灰烬层里残存的木炭碎块和大量烧过的碎骨，说明北京猿人居住的洞穴周围植物茂盛，有比较丰富的果实、枝叶，这些都成为北京猿人生活中必须采集的食物，而118种动物化石的出土，充分证明附近许多脊椎动物群落的存在。
由此可见，当时的北京气候温暖湿润，生物群落多样而丰富。
然而，看似平静的洞穴，原来隐藏着如此丰富的地质历史和人类发展进化的信息，这些信息正是解读大自然和人类自身历史的一本厚厚的密码书。
这本厚厚的密码书，老人和研究喀斯特洞穴的科学家们并没有读完，也许下一页还会给我们带来更多的惊喜和发现……
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