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近日，云南大学国际河流与生态安全研究院田立德团队与中国科技大学卢征天团队合作，在青藏高原冰芯定年的方法上取得创新，其联合研究成果以“A Tibetan ice core covering the past 1,300 years radiometrically dated with 39Ar”为题于9月26日在《美国国家科学院院刊》上发表[PNAS 119 (40) e2200835119，2022]。
冰芯是保存环境大气的独特档案，从中提取气候记录的前提条件是掌握冰芯的年代信息。我国青藏高原被誉为世界第三极，拥有众多的山地冰川，是中低纬度古气候研究的宝库，但缺乏可用于青藏高原冰芯的绝对定年方法。常用的放射性定年方法在冰芯定年中存在局限性。放射性氚（3H）目前只用于确定1963年放射性标志层，但14C的半衰期为5730年，其变化对于千年尺度范围不敏感，因此目前在100-500年这一段绝对定年方法存在空窗。
作为一种惰性气体，半衰期为268年的放射性39A在大气中分布均匀，覆盖了50-1800年的定年范围，是山地冰川的理想定年同位素。然而39Ar在环境中的同位素丰度极低，可低至十亿亿分之一，因此冰芯中39Ar的定量分析在过去半个世纪以来一直是个难题。
最近，中科大研究团队发展了原子阱痕量分析 (ATTA) 方法，在39Ar测量技术上取得了突破，实现了对极其稀有的39Ar进行单原子水平的灵敏探测。团队大幅度提高了39Ar的检测效率、分辨率及灵敏度，近期成功地把定年分析所需冰芯样品降低至几公斤，从而使39Ar定年技术走出实验室，并首次应用到冰芯39Ar定年。
图1. 科考队在青藏高原羌塘冰川钻取冰芯
目前该项合作研究在青藏高原冰芯39Ar定年研究中取得了进展，首次证实了39Ar在千年尺度上高山冰川冰芯绝对定年研究中的巨大潜力。该研究利用2014年在青藏高原中部羌塘高原钻取的一根109米深孔透底冰芯（图1），开展了冰芯包裹气体的提取，利用“原子阱痕量分析技术（ATTA）”测量了包裹气体中惰性气体同位素（39Ar、85Kr）丰度（图2）。
图2. 羌塘冰芯85Kr、39Ar丰度随在冰川中封闭时间的增长而衰减
冰芯中39Ar从顶部到底部几乎呈指数形式衰减，到了底部其含量接近0。通过测量39Ar同位素丰度，研究人员获得了整根冰芯在过去1300年的年龄分布，不确定度为7%-16%。研究人员将39Ar定年结果与基于数年层法构建的冰芯年代标尺做了比对，对其进行了修正，约束了冰川流动模型，最终建立了基于39Ar结果的新冰芯年标（图3）。
图3. 青藏高原中部“羌塘1号”冰川冰芯39Ar定年结果
此外，该项研究还测量了冰芯包裹气体中85Kr的丰度，其的测量结果可以用于检测冰芯30米以下样品存贮或处理过程中是否受现代空气的污染。同时，85Kr确定的冰芯中空气的年龄与冰的年龄之差可以用于研究冰川表面从雪到冰转换的密实化过程。
作为古气候记录，山地冰川不仅分布在青藏高原，还在欧洲的阿尔卑斯山脉、南美的安第斯山脉以及中亚等地区广泛存在，是南北两极冰川的重要补充，这项基于量子精密测量的新兴定年方法也将提高中低纬山地冰川作为气候档案的价值。
中国科学技术大学副研究员FlorianRitterbusch为论文第一作者，云南大学田立德研究员与中国科学技术大学卢征天教授为共同通讯作者。该研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中科院先导项目和安徽省的资助。
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本文转载自：http://www.news.ynu.edu.cn/info/1101/28169.htm
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