古气候信息：
- 温度：
- 氧同位素比例： 石笋碳酸钙中的氧同位素比值是最重要的古温度代用指标之一。δ¹⁸O 值主要受洞穴上方雨水（或雪水）的氧同位素组成以及洞穴温度的影响。雨水中的 δ¹⁸O 通常与当地地表温度相关（温度效应：温度越高，雨水 δ¹⁸O 越偏正）。此外，碳酸钙沉淀时的洞穴温度也会影响同位素分馏（温度越高，沉淀的碳酸钙 δ¹⁸O 越偏负）。通过复杂的模型和与其他记录的对比，科学家可以解耦这两个效应，重建区域温度变化。
- 降水（量、来源、季节分配）：
- 氧同位素比例： 雨水 δ¹⁸O 也强烈反映降水来源和水汽输送路径的变化。例如，季风强度的变化（夏季风强时，带来更多偏负 δ¹⁸O 的海洋水汽）、风暴路径的移动、水汽来源（如海洋 vs 陆地蒸发）都会在石笋 δ¹⁸O 中留下印记。因此，石笋 δ¹⁸O 是重建古降水水文循环（如季风强度、干湿期）的强有力工具。
- 生长速率： 石笋的生长需要持续的滴水供应。在湿润多雨期，滴水充沛，石笋生长较快；在干旱少雨期，滴水减少甚至停止，石笋生长缓慢甚至停止（形成沉积间断）。因此，石笋的生长速率（通过纹层计数或测年间隔计算）是区域有效降水量的重要指标。
- 纹层厚度/结构： 一些石笋具有清晰的年纹层（类似于树木年轮）。年纹层的厚度变化可以反映年降水量的变化。纹层的内部结构（如亮暗带）也可能与季节性降水或滴水量的变化有关。
- 微量元素比值： 如镁钙比、锶钙比。这些比值主要受控于水在渗入洞穴之前流经上覆基岩和土壤的时间长短（水岩相互作用时间）。在干旱期，雨水少，入渗水在土壤/岩石中滞留时间长，溶解更多的镁、锶等元素，导致石笋中 Mg/Ca、Sr/Ca 比值升高。在湿润期，雨水充沛，入渗迅速，水岩作用时间短，Mg/Ca、Sr/Ca 比值较低。因此，这些比值是区域有效湿度的良好指标。
植被与生态系统信息：
- 碳同位素比例： 石笋碳酸钙中的碳同位素比值主要来源于土壤 CO₂。土壤 CO₂ 的 δ¹³C 值主要由上覆植被类型决定：
- C3 植物（如树木、灌木、温带/寒带草）： δ¹³C 偏负（约 -27‰）。
- C4 植物（如热带/亚热带草原草、玉米、甘蔗）： δ¹³C 偏正（约 -13‰）。
- 因此，石笋 δ¹³C 的变化可以反映上覆植被从森林（C3 为主）向草原（C4 为主）的转变，反之亦然，指示了气候干湿变化或人类活动（如毁林开荒）对植被的影响。
- 有机分子标志物： 保存在石笋碳酸钙或包裹体中的微量有机化合物（如脂类、木质素衍生物）可以更具体地指示植被类型（如针叶林 vs 阔叶林）和微生物活动。
水文地质信息：
- 滴水动态： 纹层结构、沉积间断以及某些元素（如钠、氯，可能来自大气沉降）的变化可以反映过去滴水频率、滴水量的变化，甚至季节性滴水的模式。
- 洞穴上覆岩溶系统变化： 微量元素组成、同位素信号的变化也能反映水在岩溶裂隙和管道系统中运移路径或滞留时间的变化，这可能与地质构造活动或长期的岩溶演化有关。
地表过程信息：
- 土壤发育与侵蚀： 石笋 δ¹³C 的变化不仅反映植被类型，也反映土壤有机质的分解程度和土壤厚度。某些微量元素或稀土元素的模式可能携带了上覆基岩风化或土壤侵蚀的信息。
火山活动与大气沉降：
- 火山灰层： 偶尔，大型火山喷发的火山灰可能被带入洞穴并沉积在石笋表面或包裹在生长层中，为石笋记录提供了精确的时间锚点。
- 污染物记录： 近现代工业革命以来的重金属污染（如铅、锌）痕迹有时也能在年轻石笋的表层中被检测到。
解读的关键技术与优势：
- 精确定年： 铀系测年法是测定石笋年龄的核心技术。石笋形成时几乎不含铀，但含有微量的铀（²³⁴U, ²³⁸U）。铀会衰变成钍（²³⁰Th），而钍几乎不溶于水，不会在形成后被带入石笋。通过测量石笋样品中 ²³⁴U/²³⁸U 和 ²³⁰Th/²³⁴U 的比值，可以非常精确地计算出石笋形成的绝对年龄（误差可小至几十年甚至几年）。对于有年纹层的石笋，纹层计数结合铀系定年可以提供超高分辨率（年际甚至季节尺度）的时间标尺。
- 高分辨率采样： 使用精密切割工具或激光剥蚀技术，可以在石笋纵向上连续或高密度地钻取微小粉末样品（几十微米到几百微米宽），用于同位素和微量元素分析。这使得重建过去环境变化具有很高的时间分辨率（年、十年、百年尺度）。
- 连续性好、保存完整： 洞穴环境相对稳定，受地表侵蚀破坏小，石笋记录往往能提供长时间跨度（可达数十万年）、连续性好、保存完好的古环境信息。
总结来说，解读石笋身上的纹路（主要是通过分析其生长层中的同位素和微量元素组成），结合精密的铀系定年，科学家能够重建过去的高分辨率环境变化信息，包括：
- 区域温度变化趋势。
- 降水量的多少、干湿期变化、季风强度的盛衰。
- 水汽来源和大气环流模式的变迁。
- 上覆植被类型（森林 vs 草原）的演替。
- 土壤发育状况和生态系统变化。
- 洞穴水文地质条件的变化。
- 以及偶尔记录的重大事件（如大型火山喷发）。
石笋因此成为研究古气候、古环境、古生态，特别是季风系统演化、过去全球变化区域响应的极其重要的自然档案之一。
