1995年11月4 日，科研人员在北京房山石花洞中采集了两个石笋，一个直径10cm、长14cm，另一个直径9cm、长33cm。两个石笋剖面纹理清晰密集且整齐，表明由于长期的不间断滴水，形成连续的碳酸钙沉积。也就是说，石笋是在连续沉积的过程中生长出来的，没有发生沉积间断。
　　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，这些长短明暗的纹理其实就是解读古气候的密码，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，在其中编号9501石笋样本的切片上端0.5mm区域里就记录着1947—1961年15年的气候变化信息。这块石笋样品在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，被专家一致认为是世界上最好的样品之一。
　　石笋常用的古气候代用性指标有生长速度、沉积速率、微层厚度、纹层灰度、碳氧稳定同位素、微量元素等10余种，其中石笋微层理的观察技术手段成熟、成本较低，在古气候研究方面显示出巨大潜力。目前石笋矿物和微层理结果被认为可以较好地反映水供应速率、化学动力学和洞穴沉积物表面的流动条件，有助于合理化用于放射性测年和稳定同位素分析等的地球化学采样，改进时间序列的年代学框架，更好地理解基于地球化学资料的古环境替代性指标。而要了解石笋微层理反映的气候信息，第一步就是要简单地认识石笋的微层理。
　　石笋的微层理类似于条形码，条形码（barcode）是将宽度不等的多个黑条和空白，按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符，而石笋长短不同、明暗交替的纹层，也可以用来表达气候信息。
　　首先要提到的第一种微层理——单个生长层，是石笋微层理中较小且较易识别的，在传统的透射和反射光学显微镜下就可以观察到它们（图1）。单个生长层是在一个季节、一年或更长的时间间隔内，通过“同步结晶”产生的矿物集合体。生长层的产生需要晶体在空间中的排列有规律的交替，具有明确的形态，在大多数情况下这种交替反映了滴水速率或滴水水化学的周期性变化。各层所代表的时间间隔随着溶洞物理化学环境和滴灌体系的变化而发生明显变化，滴落点稳定的深洞通常难以形成良好的层状序列，较浅的洞穴中季节变化可以决定年度或次年度生长层。
　　石笋由于结构不同而形成的微层理，一般会超出单个生长层的限制，形成时间代表的间隔明显长于生长层，这就是它的第二种微层理——结构层理（图1）。结构主导的微层理差异一般都是由物理化学因素如滴速、放电变异性、碳酸钙饱和状态等决定的，大多数用于古气候研究的石笋仅由五种主要结构中的一种或几种组成，分别是柱状致密结构、柱状疏松结构、柱状拉长结构、柱状微晶结构和树枝状结构。沿着洞穴生长轴的结构垂直变化可以反映滴落速率、环境条件及水化学的趋势和变化，柱状致密结构反映的滴水速率相对缓慢而稳定；柱状疏松结构反映滴水速率相对较慢，但高于致密型；柱状拉长结构反映滴水速率非常稳定，Mg/Ca比值高；柱状微晶结构反映滴水速率具有季节性变化，富含胶体颗粒；树枝状结构反映滴水速率变化较大。

图1 单一生长层微层理和结构微层理（图片来自Javier Martín-Chivelet）

　　第三种微层理是由一组单独的生长层按照一致的趋势堆叠形成的微层理（图2），这些以堆叠模式为主导的层理主要由滴注参数（速率、稳定性等）和水化学控制。根据趋势可分为进积层、堆积层和收缩层，这三种堆叠模式的基本解释基于这样一个假设：在方解石饱和状态下，均匀滴速下会形成堆积模式，增加滴速下会形成进积模式，减少滴量下会形成收缩模式。
　　石笋微层理中有一种厘米尺度上的微层理，由石笋主要生长阶段的岩体形成，这就是第四种微层理，也是最大的微层理——形态地层（图2），每个形态地层在由物理化学和环境条件（滴水、方解石饱和状态等）支配的一段时间内生长，产生特定的形态和地层特征，所代表的时间跨度通常在几个世纪到几千年之间。形态地层大概可以分为球状、褶皱、平顶、镶边、斑驳、尖顶、混乱等几种形态。球状通常像火柴头，常覆盖石笋顶端和大部分侧壁，生长层规则，横向连续性好，以堆积+进积的堆叠模式为主，可见多种柱状结构；褶皱形态类似于地质意义上的褶皱，生长层中心部分非常规则，为一种或多种类型的柱状结构，外围环不规则，多为树枝状或柱状微晶结构；平顶形态外部形状是圆柱形的，内部通常有明显的亚水平生长层，堆积形态以堆积为主，叠加有进积或退积趋势，其常见柱状拉长、柱状疏松结构或柱状微晶结构；镶边形态常为圆柱形或截圆锥形，堆叠模式以堆积为主，可能叠加有进积或退积趋势，结构在中心部位和外围凸起处有明显的差别，外围一般为树枝状或微晶结构；斑驳形态生长层表现为“斑块”或“不连续层”，这种类型的形态地层单元以堆积层为主，主要为树枝状结构和柱状疏松结构；尖顶形态生长层具有有限的横向连续性，每层向石笋顶部逐渐缩小，通常由树枝状或微晶状结构组成；混乱形态通常为圆锥形或圆形，表面生长层不明确、形似皱纹，有时内部面是块状的，通常呈树枝状或微晶结构。

图2 堆叠模式微层理和形态地层微层理（图片来自Javier Martín-Chivelet）

　　1995年在石花洞采集的这两个石笋是在七十万年前到一万年前第四纪更新世周口店期发育而成的，这些样品剖面上的“条形码”刻录着当时北京的气候。看似平淡枯燥的明暗条纹正是解读大自然气候历史的密码书，也许下一页会给我们带来更多的惊喜和发现。