Picarro分析仪助力揭示青藏高原中部晚全新世冰川变化

Picarro分析仪助力揭示青藏高原中部晚全新世冰川变化

背景图片

背景介绍：

冰芯气泡是冰川积累过程中空气被困于冰层之中形成的。这些气泡中的空气成分，包括温室气体如二氧化碳和甲烷，以及它们的浓度，都是反映当时大气成分的重要指标。极地和高山冰川冰芯中空气含量的变化除了与积雪速率和气温变化有关，还与太阳辐射强度有关，已用于建立冰芯年代学。冰芯气泡的氧同位素比率（δ18Obub）可以指示气温高低的变化。在本文中，来自中国科学院青藏高原研究所的研究团队在青藏高原中部的唐古拉冰山钻取冰芯。通过描述和分析其物理特性（例如密度、积雪厚度、空气含量和污染层）、检测放射性核素-β活度、检测β粒子数并计算冰芯放射性强度、测量不溶性微粒浓度和可溶性无机离子浓度、测量冰芯δ18O值以及δ18Obub值来调查δ18Obub的气候影响及其所包含的气候信息。

唐古拉冰川地理图

实验目的

文章的主要目的是通过分析中央青藏高原唐古拉冰川冰芯中气泡内气态氧的稳定同位素比值（δ18Obub），来重建晚全新世以来的气候变化和冰川变化。具体来说，研究者希望通过δ18Obub的变化来揭示冰川的积累和消融过程，并探讨这些变化与区域和全球气候变化之间的关系。

实验方案

冰芯采集与基本信息

冰芯采集地点：中央青藏高原唐古拉冰川，海拔5645米；

冰芯长度：190.3米；

采集时间：2004年；

区域气候特征：该区域处于半干旱大陆性气候和温暖湿润海洋性气候的过渡区，受西风、印度季风和东亚季风的共同影响。

冰芯物理性质分析

实验地点：中国科学院寒区科学国家重点实验室；

分析内容：冰芯的密度、雪层厚度、空气含量和污染层；

方法：在-20°C的冷室中手动观察冰芯，拍摄每个冰芯样品的数字图像，并通过计算机人工观察估算冰芯中空气含量的总体特征。冰样按50厘米间隔计算赋值，并转换为空气含量百分比。

冰芯化学分析

分割与清洗：将冰芯纵向分为四部分，每部分按2厘米间隔切割，并清洗样品表面；

进行放射性β活性、不溶颗粒浓度、可溶性无机离子浓度检测；使用L2130-i同位素和气体浓度分析仪检测冰芯的稳定氧同位素比值。

气泡中气体的提取与分析

气泡提取方法：手动融化-再冻结法；

气体检测：使用MAT 253™同位素比质谱仪检测δ18Obub，检测精度约为0.1‰。每个气体样品连续检测五次，取平均值作为最终检测值。

年代学分析

表层冰芯年代测定：通过比较冰芯中δ18O、硫酸根离子浓度和不溶颗粒浓度的年变化特征，确定上部27.13米冰芯的年代范围（1859-2004年）。

深层冰芯年代测定：使用冰川流动模型（GFM）和与已知年代的总太阳辐射（TSI）变化进行比较的方法，确定深层冰芯的年代关系。

δ18Obub的气候意义分析

现代大气氧同位素比值检测：在青藏高原内外的六个地点采集现代大气样品，检测其δ18Oatm值，结果显示全球现代大气氧同位素比值无显著差异。

δ18Obub变化的解释：通过分析δ18Obub的正负变化，推断冰川的积累和消融过程，并探讨其与区域气候条件的关系。

结论介绍：

唐古拉冰川10 m冰芯层数定年结果

全新世晚期以来唐古拉冰芯δ18Obub的变化结果

基于年层数法，对比冰芯中空气含量的变化与太阳总强度，重建了冰芯年代学。结果表明，该冰芯的年龄跨度约为3600年。因为冰芯和冰芯气泡之间没有明显的年龄差异，冰芯年代学也可作为冰芯气泡年代学来讨论其千年变化。通过对唐古拉冰川表面成冰过程的分析和冰芯δ18Obub影响因素的探讨，作者发现唐古拉冰芯δ18Obub的变化与冰川的积累或融化密切相关。暖期冰川有冰雪融水时，由于气体与融水之间通过物理和化学过程进行氧同位素交换，δ18Obub值比自然大气δ18Oatm值更偏负。在寒冷期，粒雪在冰川上积累，由于重力分馏作用，δ18Obub值偏正。

唐古拉冰芯δ18Obub的变化表明，在过去大约3600年，青藏高原中部冰川经历了4次积累期和3次融化期。最强烈的积累期为公元前1610-450年，也可分为两个独立的阶段。另外两个积累期分别为公元200-300年和1230-1900年，青藏高原中部冰川融化最显著的时期为近100年。另外两个融化期分别为公元前300年-公元200年和公元300-1230年。通过对晚全新世以来青藏高原中部与青藏高原各地区或北极圈冰川和气候变化的比较，发现青藏高原各地区气候变化并不完全一致。与青藏高原其他地区相比，气候事件（如小冰期）在青藏高原中部不显著。晚全新世以来唐古拉冰川的变化与北半球高纬度地区的气候变化密切相关。

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

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