《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Ancient speleothem giant preserved in a high-Alpine cave (Dolomites, N Italy): Rare insights into the Neogene
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Conturines洞穴中3.5米厚的石笋沉积经U-Pb定年显示形成于约580万年前，持续至182万年前，成为阿尔卑斯最古老 radiometrically dated石笋。荧光分层与花粉分析揭示该洞穴曾位于现代林线附近，周边以松树为主的植被支撑了土壤形成，为研究新近纪阿尔卑斯气候与植被演化提供了关键档案。
加布里埃拉·科尔泰（Gabriella Koltai）| 罗伯特·肖尔格（Robert Scholger）| 玛丽亚·克尼平（Maria Knipping）| 王健（Jian Wang）| 程海（Hai Cheng）| 西尔维娅·弗里斯亚（Silvia Frisia）| 安德烈亚·博尔萨托（Andrea Borsato）| 丹尼斯·布劳恩霍费尔（Denis Braunhofer）| 克里斯托夫·斯波特（Christoph Sp?tl）
奥地利因斯布鲁克大学地质研究所（Institute of Geology, University of Innsbruck, Innsbruck, Austria）
摘要
Conturines洞穴（位于意大利北部的多洛米蒂山脉）海拔2775米处，处于一个古老冰斗的壁架上，比现代树线高出约700至800米。这个长约200米的洞穴由一条向上延伸的古地下水通道组成。洞穴的大部分地面覆盖着厚厚的流石（局部厚度可达3.5米），在通道内部还形成了几根显著的钟乳石，这些钟乳石的形成正是从这里开始的。目前所有的主要洞穴沉积物都处于非活跃状态，部分已经腐蚀并出现裂缝。该洞穴的水文集水区是一片缺乏植被和土壤的狭窄山脊，现今从洞穴顶部滴落的水中钙质含量不足。沿着洞穴通道采集了多个岩芯，覆盖了流石层的全部地层。对两根相距约5米的岩芯进行的多重分析显示了良好的重复性，并记录了多次地磁极性反转。铀铅（U-Pb）测年结果表明，洞穴沉积物形成于中新世晚期或上新世早期（大约580万±2.4万至538万±2.4万年前），并持续沉积至182万±1.7万年前，使其成为阿尔卑斯山脉中已知最古老的通过放射性方法测年的洞穴沉积物。流石沉积的主要阶段发生在421万±2.2万年前，此时也形成了高大的钟乳石。流石中的荧光层理和花粉颗粒表明，该集水区曾经有植被覆盖，且以松树为主，这表明洞穴曾经位于树线附近。这一保存极为完好的古老洞穴沉积物为研究南阿尔卑斯山脉的新近纪环境条件提供了难得的窗口。
引言
在过去二十年里，洞穴沉积物已成为古气候研究中的关键陆地档案。它们的逐渐积累过程记录了关于气候条件（如温度和降水量）以及洞穴上方集水区植被的重要信息。与其他大陆沉积物档案相比，洞穴沉积物通常更能免受风化和侵蚀的影响。由于钙质洞穴沉积物在沉积后很少发生变质作用，因此从这些沉积物中获取的代用数据也具有很高的保存潜力。然而，这些地下碳酸盐沉积物的最大价值在于其精确的年代测定能力。利用230Th方法可以测定从现在起约60万年以内的年代（Cheng等人，2013年）。凭借其出色的年龄控制能力，基于洞穴沉积物的代用记录成为研究自然气候变化的重要工具（例如Meckler等人，2015年；Cheng等人，2016年；Moseley等人，2020年）。最近在铀铅（U-Pb）测年技术上的进展也为测定超过60万年前的洞穴沉积物提供了可能（例如Woodhead和Petrus，2019年；Moreau等人，2024年；Markowska等人，2025年；Niu等人，2025年；Moseley等人，2025年），为深入研究远古陆地环境提供了新的机会。
大多数专注于古气候的洞穴研究主要关注钟乳石而非流石（例如Fairchild和Baker，2012年）。与由单一水源供给、生长结构相对简单的钟乳石不同，流石的形成与裂隙水流有关，形成覆盖洞穴壁和地面的片状沉积物（Hill和Forti，1997年）。并非所有洞穴都含有钟乳石，而且从大多数洞穴中提取钟乳石往往伴随着严重的洞穴保护问题。相比之下，流石可以通过低侵入性的取芯技术轻松采样，从而可以通过多个岩芯进行内部对比分析。而钟乳石的采样通常仅限于高度不超过几米且较薄的样本，因此单个样本的记录时间通常不超过数万年，长期序列通常由同一洞穴中的多个样本构建而成。相比之下，流石的厚度可达数十万年（例如Pozzi等人，2019年）。流石的主要缺点是其复杂的内部层理，这些层理反映了水流经过其表面并沉积钙质的过程。这会导致（微观和宏观）间断、生长速率的横向差异，以及某些地球化学指标受到水流动力学过程（包括先前钙质沉淀）的影响（Boch和Sp?tl，2011年；Koltai等人，2018年）。尽管如此，通过研究同一洞穴中的多个岩芯可以解析这些复杂性。
在这里，我们介绍了一个位于意大利东北部多洛米蒂山脉高海拔地区的大型厚流石沉积物的案例研究。该流石目前已停止活动并处于严重退化阶段，通过钻取多个岩芯对其整个地层进行了采样，其中最厚的岩芯达到了3.5米。通过结合230Th、铀铅（U-Pb）测年、古地磁和孢粉学分析等多种方法，我们展示了这一流石为研究多洛米蒂山脉中新世晚期和上新世时期的古环境条件提供了宝贵的信息。
洞穴简介
Conturines洞穴位于意大利东北部多洛米蒂山脉的高海拔高原地区（Altopiani Ampezzani）。洞穴开口处海拔2775米，位于Conturines峰（海拔3064米）以东的冰斗壁底部（图1、图2A、B）。洞穴的围岩是上三叠统的Hauptdolomit（Dolomia Principale）地层。该白云岩层之上覆盖着上三叠统至早侏罗统的Calcari Grigi群石灰岩（博尔扎诺-南蒂罗尔自治省，2007年）。
流石沉积物
这片流石沉积物的规模非常庞大，几乎覆盖了整个洞穴地面，长度接近160米（从Skull Chamber到入口），宽度最大可达15米（图1）。流石在洞穴近端（上部）的厚度最大约为3.5米，向下逐渐变薄，到远端时厚度小于0.5米（图3）。在近端岩芯CO21中，流石沉积最初表现为筏状钙质沉积物。
洞穴沉积物与层理
尽管流石沉积物被沟壑切割且部分受到裂缝影响，但其保存状况仍然良好。例如，在Big Chamber入口附近，季节性的未饱和滴水正在溶解流石，暴露出其上层结构。岩石学和古地磁分析表明，样本CO15中的深棕色流石段与岩芯CO21的最上层段具有很好的一致性，说明这些沉积物形成于较新的时期。
结论
本研究揭示了一个异常庞大且保存完好的流石沉积物的新信息，上次（也是唯一一次）对其进行的科学研究已经过去了三十多年（Frisia等人，1993年）。通过结合先进的铀铅（U-Pb）测年技术、古地磁和孢粉学分析，我们证实了之前的研究结果：该沉积物形成于中新世晚期或上新世早期。铀铅测年结果将钙质沉积的开始时间限定在中新世晚期或上新世早期，而地层分析进一步证明了这一沉积物的独特性。
科学写作中关于生成式人工智能的声明
在撰写本文过程中，作者使用了ChatGPT（OpenAI）来提高手稿的可读性和语言表达。使用该工具后，作者对内容进行了必要的审阅和编辑，并对发表文章的内容负全责。
作者贡献声明
加布里埃拉·科尔泰（Gabriella Koltai）： 负责写作、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、项目管理和方法论设计、实地调查及概念构思。罗伯特·肖尔格（Robert Scholger）： 负责写作、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、实地调查及数据管理。玛丽亚·克尼平（Maria Knipping）： 负责写作、审稿与编辑、实地调查及数据管理。王健（Jian Wang）： 负责写作、审稿与编辑、实地调查及数据管理。程海（Hai Cheng）： 负责写作、审稿与编辑、实地调查及数据管理。西尔维娅·弗里斯亚（Silvia Frisia）：
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
Y. Dublyansky在野外工作中提供了支持。J. Woodhead、J. Hellstrom、G. E. Moseley和G. Kathayat提供了U系列测年的初步数据。H. Pomella、N. Zupan Hajna和J.N. Haas对讨论做出了贡献。本研究得到了博尔扎诺-南蒂罗尔自治省（Autonome Provinz Bozen–Südtirol）科学研究所的资助。
