发表在《地球物理研究杂志》上的一项新研究表明，所谓的“小冰期”对南美洲的气候产生了影响。“小冰期”指的是1500年至1850年之间的一段时期，北半球的平均气温比现在要低得多。

基于分析汪(洞穴)在巴西马托格罗索州和戈亚斯,这项研究表明,在17和18世纪,巴西西南部潮湿的气候比现在,举例来说,尽管中国东北地区的干燥。

同样的巴西洞穴记录显示，在公元900年至1100年期间，巴西的气候更为干燥，这一时期被称为中世纪气候异常(MCA)，当时北半球的气候比现在要暖和。

这项研究的作者是物理学家Valdir Felipe Novello和地质学家Francisco William Cruz，他们是圣保罗大学地球科学研究所(IGC-USP)的研究人员，与巴西、美国和中国的同事合作。这项研究是正在进行的项目“利用树环speleothem示例进行美洲气候研究教育”的一部分，该项目得到了圣保罗研究基金会(FAPESP)的支持，该基金会与美国国家科学基金会(NSF)通过NSF的国际研究与教育合作项目达成协议。

这项研究通过分析在洞穴中发现的碳酸钙分子中的氧同位素来检测巴西古气候的干燥和潮湿时期。在克鲁兹教授的团队中，我们在巴西各地收集岩洞样本。在碳酸钙中，氧同位素的组成在数百年和数千年的沉淀中形成了石笋和钟乳石，这表明过去的气候是更干燥还是更潮湿。

干燥和潮湿季节的同位素

同位素是化学元素的变体。尽管任何元素的所有同位素在每个原子中都有相同数量的质子，不同的同位素有不同数量的中子。例如，氧16 (16O)有8个质子和8个中子，而氧18 (18O)有8个质子和10个中子。

“在自然界中，大约每1000个氧原子中就有一个氧原子18，”Novello解释道。18O比16O重，所以当开始下雨时，18O的水分子首先沉淀。

因此，雨云中16O的量相对于18O的量上升，而18O的量必然会减少，因为最初的18O大部分都以雨的形式沉淀。“当雨下得很大时，雨水的同位素特征会发生变化，”Novello说。

为了确定过去降雨机制的变化情况，Novello和Cruz分析了在speleothem碳酸钙中保存的16O/18O比率的记录。

岩溶是一种由石灰岩等碳酸盐岩石组成的景观。雨水与空气和土壤中溶解的二氧化碳接触。这种化学反应的结果是轻微的酸性水，它渗透土壤，直到它到达地下钙质岩石。

钙质岩石不溶于水，pH值中性，但溶于酸性水(pH值较低)，导致天然地下空洞的形成，我们称之为洞穴。

研究人员解释说，当含有碳酸钙的雨水渗透到洞穴的顶部时，洞穴就会形成洞穴。缓慢连续滴下数千年的碳酸钙沉淀在每一滴中溶解，以洞穴顶部的钟乳石和地板上的石笋的形式。

任何从屋顶沉淀下来的碳酸钙都沉积在地板上，形成石笋。洞穴保存了每一层碳酸钙沉积时雨水中氧的同位素特征。

“所以，在一个强降雨的地区，例如，你会发现speleothems中包含的层数少于18O。”相反，在气候干燥的地区，少量的降雨却包含18O。当这种水渗入土壤并溶解碳酸钙时，它最终会产生一个18O的相对高水平的鞘。

岩石年代测定和同位素分析

诺维洛从位于南马托格罗索州的加拉瓜山洞和圣贝纳多洞穴的石笋和戈亚斯州特伦卡州立公园的圣马图斯洞穴中采集了两颗石笋样本。

在Jaragua山洞采集了两种不同石笋的标本。根据铀钍年代测定，其中一颗在1190年到2000年之间持续生长了800年，这段时期包括LIA。另一个样本在442-1451年持续增长，这一时期包括了MCA。

在戈亚斯，诺维洛从圣贝纳多洞穴收集了一块岩石样本，这些岩石样本涵盖了1123-2010年的时间，其中包括利亚。Sao Mateus洞穴样本可追溯至264-1201年，包括MCA。

fap支持的研究表明，Jaragua山洞样本的18O剖面在400-1400年间显示出氧气水平的下降，表明巴西中部在这一时期(包括北半球的MCA)处于适度湿润的气候。

Jaragua山洞的样本18O含量在1400年至1770年之间下降，反映了这一时期(包括北半球的LIA)的湿度上升，但在1770年至1950年之间上升，与湿度下降一致。

对Goias的Sao Bernardo Cave和Sao Mateus Cave的样本进行了类似的分析，没有显示出明显的趋势，但有一些较长的湿润期，主要为680-780和1290-1350，峰值分别为1050、1175和1490。

另一方面,潮湿的时间记录的记录雅拉瓜洞穴在利比亚投资局在1500 - 1850年与喜爱的湿条件一致通过南大西洋辐合区(SACZ),一个大的云系统northwest-southeast取向,从亚马逊南部延伸到南大西洋中部的夏天。

“SACZ是负责巴西东南部长期降雨的云团。同位素告诉我们这个潮湿的物质及其在大陆上的运动的整个故事，”Novello说。

在之前的一项研究中，诺贝罗利用了巴西东北部地区(巴伊亚伊拉夸拉)洞穴中的同位素记录，推断出在这个位于SACZ之外的地区，在LIA期间普遍存在着较为干燥的气候。

他说:“来自波尼托洞穴的数据，与来自秘鲁的已知古气候数据有关，表明在LIA期间，SACZ更频繁地向西南延伸，从秘鲁经由南马托格罗索(Mato Grosso do Sul)延伸到圣保罗。”另一方面，来自戈亚斯和伊雷夸拉洞穴的数据表明，SACZ号在LIA时期没有到达戈亚斯、巴伊亚和东北部，而是停留在东南部。结果，东北变得更加干旱。

虽然记录的两个洞穴戈亚斯(和其他三个洞穴)显示18 o的平均比例无显著变化的时期,包括MCA和小冰期,他们指出,强大的可变性在数十年纪念时间表MCA的过渡期间,利比亚投资局(1100 - 1500)。

收敛区

“南美洲的气候变化与北半球的气候数据之间存在一致性，”fapespec资助项目的首席研究员克鲁兹说。地球的气候是完全相互关联的。如果高纬度地区出现异常，这将反映在热带地区。

“当我们观察与LIA相对应的古气候数据时，我们发现南美洲更冷，但降雨模式发生了变化，”Novello说。从这些信息可以得出结论，如果北半球的气候变冷，那么南半球的雨水就会增多。水分的汇合最终向南移动。相反，当北半球的气候变暖时，南半球的降雨量就会减少。

在赤道地区，有一个云带，叫做热带间辐合带。它的位置对应于海洋表面较温暖的区域。这个较温暖的地区形成了一个低压区，所有的水分都聚集在这个低压区，因此更多的雨水会落下来。

在LIA期间，当北半球较冷的气候与南半球较暖的气候之间的差异较大时，从北半球向热带间辐合带(ITCZ)汇聚的风比现在携带了更多的水分。这一较大的湿度导致了ITCZ地区云量的增加，该地区的云量从大西洋向东越过赤道，一直延伸到亚马逊地区，并在那里开始下起了暴雨。这时云层里的一切18世纪的东西都沉淀下来了。

“北大西洋在LIA期间的冷却加剧了东北信风，这有利于向亚马逊输送水分。”这与东北信风不那么强烈的年份正好相反:它们往往更干燥，”克鲁兹说。

一旦ITCZ中的云团到达亚马逊，它们就会为SACZ贡献16O年更丰富的水分。这种同位素的额外量是由鞘膜记录的。

在MCA期间，北半球较温暖的气候形成了一个低压区，来自南大西洋的湿风向这里汇聚。ITCZ进一步向北移动。整个南美都变得更加干燥。”克鲁兹说。