應(yīng)用案例

Picarro L2130-i（Picarro分析儀助力揭示青藏高原中部晚全新世冰川變化）

發(fā)表時(shí)間：2024-08-09

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背景介紹

冰芯氣泡是冰川積累過程中空氣被困于冰層之中形成的。這些氣泡中的空氣成分，包括溫室氣體如二氧化碳和甲烷，以及它們的濃度，都是反映當(dāng)時(shí)大氣成分的重要指標(biāo)。極地和高山冰川冰芯中空氣含量的變化除了與積雪速率和氣溫變化有關(guān)，還與太陽輻射強(qiáng)度有關(guān)，已用于建立冰芯年代學(xué)。冰芯氣泡的氧同位素比率（δ¹⁸O_bub）可以指示氣溫高低的變化。在本文中，來自中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所的研究團(tuán)隊(duì)在青藏高原中部的唐古拉冰山鉆取冰芯。通過描述和分析其物理特性（例如密度、積雪厚度、空氣含量和污染層）、檢測(cè)放射性核素-β活度、檢測(cè)β粒子數(shù)并計(jì)算冰芯放射性強(qiáng)度、測(cè)量不溶性微粒濃度和可溶性無機(jī)離子濃度、測(cè)量冰芯δ¹⁸O值以及δ¹⁸O_bub值來調(diào)查δ¹⁸O_bub的氣候影響及其所包含的氣候信息。

唐古拉冰川地理圖

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>

文章的主要目的是通過分析中央青藏高原唐古拉冰川冰芯中氣泡內(nèi)氣態(tài)氧的穩(wěn)定同位素比值（δ¹⁸O_bub），來重建晚全新世以來的氣候變化和冰川變化。具體來說，研究者希望通過δ¹⁸O_bub的變化來揭示冰川的積累和消融過程，并探討這些變化與區(qū)域和全球氣候變化之間的關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)方案

冰芯采集與基本信息

冰芯采集地點(diǎn)：中央青藏高原唐古拉冰川，海拔5645米；

冰芯長(zhǎng)度：190.3米；

采集時(shí)間：2004年；

區(qū)域氣候特征：該區(qū)域處于半干旱大陸性氣候和溫暖濕潤(rùn)海洋性氣候的過渡區(qū)，受西風(fēng)、印度季風(fēng)和東亞季風(fēng)的共同影響。

冰芯物理性質(zhì)分析

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；

分析內(nèi)容：冰芯的密度、雪層厚度、空氣含量和污染層；

方法：在-20°C的冷室中手動(dòng)觀察冰芯，拍攝每個(gè)冰芯樣品的數(shù)字圖像，并通過計(jì)算機(jī)人工觀察估算冰芯中空氣含量的總體特征。冰樣按50厘米間隔計(jì)算賦值，并轉(zhuǎn)換為空氣含量百分比。

冰芯化學(xué)分析

分割與清洗：將冰芯縱向分為四部分，每部分按2厘米間隔切割，并清洗樣品表面；

進(jìn)行放射性β活性、不溶顆粒濃度、可溶性無機(jī)離子濃度檢測(cè)；使用L2130-i同位素和氣體濃度分析儀檢測(cè)冰芯的穩(wěn)定氧同位素比值。

氣泡中氣體的提取與分析

氣泡提取方法：手動(dòng)融化-再凍結(jié)法；

氣體檢測(cè)：使用MAT 253?同位素比質(zhì)譜儀檢測(cè)δ¹⁸O_bub，檢測(cè)精度約為0.1‰。每個(gè)氣體樣品連續(xù)檢測(cè)五次，取平均值作為最終檢測(cè)值。

年代學(xué)分析

表層冰芯年代測(cè)定：通過比較冰芯中δ¹⁸O、硫酸根離子濃度和不溶顆粒濃度的年變化特征，確定上部27.13米冰芯的年代范圍（1859-2004年）。

深層冰芯年代測(cè)定：使用冰川流動(dòng)模型（GFM）和與已知年代的總太陽輻射（TSI）變化進(jìn)行比較的方法，確定深層冰芯的年代關(guān)系。

δ¹⁸Obub的氣候意義分析

現(xiàn)代大氣氧同位素比值檢測(cè)：在青藏高原內(nèi)外的六個(gè)地點(diǎn)采集現(xiàn)代大氣樣品，檢測(cè)其δ¹⁸O_atm值，結(jié)果顯示全球現(xiàn)代大氣氧同位素比值無顯著差異。

δ¹⁸O_bub變化的解釋：通過分析δ¹⁸O_bub的正負(fù)變化，推斷冰川的積累和消融過程，并探討其與區(qū)域氣候條件的關(guān)系。

結(jié)論介紹

唐古拉冰川10 m冰芯層數(shù)定年結(jié)果

全新世晚期以來唐古拉冰芯δ¹⁸O_bub的變化結(jié)果

基于年層數(shù)法，對(duì)比冰芯中空氣含量的變化與太陽總強(qiáng)度，重建了冰芯年代學(xué)。結(jié)果表明，該冰芯的年齡跨度約為3600年。因?yàn)楸竞捅練馀葜g沒有明顯的年齡差異，冰芯年代學(xué)也可作為冰芯氣泡年代學(xué)來討論其千年變化。通過對(duì)唐古拉冰川表面成冰過程的分析和冰芯δ¹⁸O_bu_b影響因素的探討，作者發(fā)現(xiàn)唐古拉冰芯δ¹⁸O_bub的變化與冰川的積累或融化密切相關(guān)。暖期冰川有冰雪融水時(shí)，由于氣體與融水之間通過物理和化學(xué)過程進(jìn)行氧同位素交換，δ¹⁸O_bub值比自然大氣δ¹⁸O_atm值更偏負(fù)。在寒冷期，粒雪在冰川上積累，由于重力分餾作用，δ¹⁸O_bub值偏正。

唐古拉冰芯δ¹⁸O_bub的變化表明，在過去大約3600年，青藏高原中部冰川經(jīng)歷了4次積累期和3次融化期。最強(qiáng)烈的積累期為公元前1610-450年，也可分為兩個(gè)獨(dú)立的階段。另外兩個(gè)積累期分別為公元200-300年和1230-1900年，青藏高原中部冰川融化最顯著的時(shí)期為近100年。另外兩個(gè)融化期分別為公元前300年-公元200年和公元300-1230年。通過對(duì)晚全新世以來青藏高原中部與青藏高原各地區(qū)或北極圈冰川和氣候變化的比較，發(fā)現(xiàn)青藏高原各地區(qū)氣候變化并不完全一致。與青藏高原其他地區(qū)相比，氣候事件（如小冰期）在青藏高原中部不顯著。晚全新世以來唐古拉冰川的變化與北半球高緯度地區(qū)的氣候變化密切相關(guān)。

文章鏈接：

https://tc.copernicus.org/preprints/tc-2022-43/tc-2022-43.pdf

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