地球環境研究所揭示鋰同位素可作為重建水文變化的新指標

水文變化是影響植被演替和生命演化的關鍵驅動力之一。然而，由于獨立記錄水文變化的指標還十分有限，準確重建過去的水文變化依然是一個難點。傳統的古氣候指標，如δ18O，往往受到水汽來源、蒸發和溫度等多因素的影響，在不同氣候區難以作為一致反映水文變化的指標。因此，目前仍然需要開發新的水文指標，也是未來學科發展的大勢所趨。

為此，地球環境研究所金章東研究員團隊選取位于典型西風區、有“冰川之父”之稱的帕米爾高原慕士塔格流域作為研究對象，通過高時間分辨率（每周）采樣，對季節性河水鋰同位素（δ7Li）的地球化學行為和受控機制進行了系統研究。研究發現，河水δ7Li呈現顯著的季節性變化（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。具體表現為：河水δ7Li的高值對應較低的湖泊水位，而在湖泊水位較高時期，河水δ7Li值則下降到低值，δ7Li與湖泊水位之間呈現良好的負相關關系（圖1）。但是，δ7Li與溫度之間未表現出相關性。

進一步地，該研究對比了傳統水文指標 δ18O與新興指標δ7Li在指示水文變化方面的潛力。結果表明，河水δ18O在西風區主要由溫度主導（本研究），在季風區則由降水主導（海螺溝）。相比之下，δ7Li在西風和季風區流域均一致響應水文變化，表現出出色的水文指示能力。

上述研究對河水δ7Li的控制機制及其應用研究提供了重要補充：（1）即使在構造活躍、侵蝕強烈的冰川環境中，δ7Li仍能夠敏感、快速響應水文變化。同時，其季節性變化高達~15‰，為目前全球河流觀測到的最大季節性變幅。（2）建立了溶解態δ7Li與實際湖泊水位變化之間的關系，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野外實測的證據。（3）與傳統 δ18O指標相比，鋰同位素在西風和季風區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，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月發表在國際地球化學頂級期刊Geochimica et Cosmochimica Acta上。中國科學院地球環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。該研究得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中國科學院國際合作局未來伙伴網絡專項等聯合資助。

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系