青藏高原冰芯定年方法回顾及新技术展望北大核心CSCD

冰芯高分辨率高保真地记录了过去不同时间尺度气候环境变化历史,而冰芯精确定年是重建过去气候环境演化的先决条件。通过回顾青藏高原冰芯定年的常用方法,提出了目前冰芯定年仍存在的挑战和机遇。通常的冰芯定年方法包括基于冰芯季节变化信号的数年层方法、放射性标志层定年、冰川流动模型、基于其他已知时间序列的对比定年,以及放射性同位素定年。最可靠的方法是数年层的方法,但受到冰川中下部年层逐渐减薄的制约,冰川流动模型主要应用于冰芯中下部定年,但存在不确定性较大而且难以验证的难题。未来冰芯学科发展对冰芯定年提出了更高要求,随着测量技术与手段的突破,新的方法与技术开始在极地冰芯与高山冰芯定年研究中展示了广泛的应用前景。冰芯连续测量技术(如冰芯同位素连续测量技术、激光剥蚀等离子体质谱技术)大幅度提高了冰芯测量结果的时间精度,有可能把数年层的定年方法延推到冰芯底部;基于“原子阱痕量分析”(Atom Trap Trace Analysis,ATTA)的惰性气体(Kr、Kr、Ar)放射性测年技术是一项革命性的技术,由于惰性气体在大气中的稳定性与均匀性使其在不同时间尺度冰川冰的绝对定年中发挥出优势。低浓度的可溶性有机碳的14C定年也从实验室探索阶段开始转入试用阶段,而且用冰量低,有望解决冰芯中碳含量低,定年困难的窘迫状况。此外,人类活动影响之前处于自然背景下的冰芯3H低本底测量技术结合数据处理方法,有望恢复过去100~200年与太阳活动周期相关的信号,将补充放射性标志层只有近代结果的不足。这些新的技术与方法在冰芯定年中的应用有望进一步推动中低纬度高山冰芯研究。     

古地下水定年新方法——81Kr法

由于⁸¹Kr化学性质稳定、半衰期长且在地下水运移过程中没有额外来源的优点,近年来,成为测定古老地下水年龄（10⁵~10⁶ a）的有效手段.国外对于⁸¹Kr的测定方法、地下水定年应用研究已较为深入,而国内应用⁸¹Kr作为水文地质学的研究尚处于起步阶段.本文通过对国内外⁸¹Kr应用于地下水测年的原理以及⁸¹Kr的测定方法进行总结,针对目前研究的问题进行探讨,并对今后放射性氪核素在水文地球化学中的研究进行展望,为国内对于⁸¹Kr的测定与在古地下水定年研究方面提供科学依据.     

1954年以来珠穆朗玛峰地区两支冰芯记录的对比分析

根据珠穆朗玛峰(以下简称珠峰)地区远东绒布冰川和东绒布冰川两支冰芯记录的恢复,1954年以来的冰川净积累量相差达1倍以上,但两支冰芯记录均表明:20世纪60年代冰川净积累量出现急剧减少现象,印度季风系统的突变可能是造成冰川净积累量变化的主要原因.两支冰芯δ¹⁸O剖面的总体变化趋势基本相同,但研究时段内远东绒布冰芯的δ¹⁸O平均值比东绒布冰芯的相应值低3.12‰,其原因有待进一步研究.两支冰芯的主要离子浓度剖面之间也存在较明显的差异,沉积后过程是导致这一差异的原因所在.     

中低纬度MIS 3b(54～44 ka BP)冷期与冰川前进

MIS3b冷期在古里雅冰芯记录表现为54～44kaBP比现代温度低5℃的冷期,与MIS3c(早期)和MIS3a(晚期)温度高出现代3℃和4℃情况迥然相反,而和以23ka的岁差周期(precessional cycle)所导致的日射变化一致,在65°N～60°S间有重大作用.初步检阅现代有测年资料的末次冰期冰川前进文献,发现MIS3b冷期导致的山地冰川前进分布在亚洲、欧洲、北美洲、南美洲、大洋洲12个地区23个地点.当时降水较多与冷期降温抑制消融相结合,使冰川伸展范围都超过气候严寒而干燥的MIS2期内通常所说25～15kaBP末次冰盛期(LGM)的冰川规模.若干种新的测年方法包括改进的光释光(OSL)法、红外释光(IRSC)法、宇宙成因³He、¹⁰Be、²⁶Al和³⁶Al测年、U系法、连同原应用的¹⁴C法、热释光(TL)法、ESR法和径迹法(fissiontrackmethod)有助于末次冰期多次冰川前进时间的确定,但某些数据也存在不确定性.虽然古里雅冰芯记录明确了MIS3b冷期的重要性,但我国西部山区对该期冰川前进的定年研究还很少,亟应加强工作,以弥补不足。     

青藏高原冰川内部富含水冰层的发现及其环境意义

基于青藏高原昆仑山玉珠峰冰川Core 1冰芯钻取过程中所获得的相关资料,揭示出在该冰芯钻取点处的冰川内部34.34~34.64 m深度段存在一个富含水冰层,其未冻水(液态水)具有承压性质,水头高度至少可达到8.54 m. 该富含水冰层的存在不仅对冰川温度场带来了极大的影响,而且使该层中δ¹⁸O记录趋于均一化. 通过分析,揭示出该富含水冰层中可溶杂质离子浓度明显高于其上部冰层中的可溶杂质离子浓度,这是富含水冰层在形成初期其上部粒雪层融水下渗所引起的可溶杂质离子淋溶的结果. 同时,研究表明玉珠峰冰川粒雪中可溶杂质离子的优先淋溶顺序为NO₃^-> Mg²⁺> Na⁺> Cl^-> K⁺> SO₄^2-> Ca²⁺> NH₄⁺. 提出可利用最易淋溶离子的浓度与最不易淋溶离子的浓度之比值,来判断冰雪层中可溶杂质离子浓度峰值是否与淋溶有关. 结合青藏高原其他地点冰芯钻取过程中发现的富含水冰层状况,认为青藏高原冰川内部富含水冰层不是在整个冰川区域内呈层状分布,而是在冰川内部呈透镜状分布. 冰川内部富含水冰层的存在,表明其形成初期气候相对较暖. 最后,阐明了青藏高原冰川中富含水冰层的形成机理与演化过程,并预测了其潜在的灾害效应.     

50～1000 a地下水定年新方法：放射性成因32P法

地下水年龄是重要的水文地质学参数,可以指示地下水的循环时间和更新能力。常用环境同位素测定地下水年龄,但不同的环境同位素由于半衰期不同导致定年范围有限,50～1 000 a成为地下水定年的“短板”。然而,50～1 000 a是近代人类活动频繁的时期,地下水资源、水环境和水气候记录档案等研究都需要年龄标尺。³²Si可以用来确定50～1 000 a地下水的年龄,但是由于其复杂且费时费力的前处理和测试限制了³²Si定年的应用。³²Si衰变生成子同位素³²P,³²Si和³²P在3个月内会达到放射性平衡,放射性活度达到一致。天然状态下50～1 000 a地下水中的³²Si与³²P一直处于放射性平衡状态,所以直接富集地下水中的³²P可以用于50～1 000 a地下水的年龄测定。地下水中³²P的富集采用氢氧化镁共沉淀法,方便快捷。因此,放射性成因³²P有望解决50...     

近200 a来珠穆朗玛峰北坡远东绒布冰芯气候记录

１９９９年５月中美联合珠穆朗玛峰地区绒布冰川考察期间,在远东绒布冰川海拔６５００ｍ的北支冰流粒雪盆内钻取到一支４１ｍ长冰芯,通过数年层法并根据β活化度的参照年（１９５４年和１９６３年）,对远东绒布冰芯实施定年,冰芯底部为１８１４年,冰芯年平均净积累量为２２４ｍｍ（冰当量）。根据远东绒布冰芯δ＾１８Ｏ的变化,重建了珠穆良玛峰北坡地区近２００ａ气候变化,发现有５次冷期和５次暖期,且总趋势为变暖,这与本     

河北平原第四系承压水4He与14C测年对比

⁴He是测定地下水年龄理想的示踪剂之一,由于测年时间尺度及多成因等问题,其测年结果通常与¹⁴C测年结果缺乏一致性。通过采集河北平原第四系承压水中的惰性气体（He、Ne、Ar、Kr、Xe）及¹⁴C样品,利用CE（封闭系统平衡）模型分离出地下水中的放射性成因⁴He_rad浓度为（5.43～8 994）×10^-8 cm³·STP/g,进而得到地下水的⁴He年龄为8.8～55.9 ka;相应样品的¹⁴C测年结果为7.7～35.2 ka。结果表明,2种测年结果在河北平原具有很好的一致性。     

冰芯和气象记录揭示的青藏高原百年来典型冷暖时段气候变化特征

气候冷暖变化问题是全球科学家研究的一个聚焦点,但高海拔地区的气候变化过程尚不十分清楚,作为全球气候变化的敏感区的青藏高原更是如此. 以青藏高原北部的古里雅冰芯、唐古拉冰芯和南部的达索普冰芯、宁金岗桑冰芯δ¹⁸O记录作为温度代用指标,同时结合青藏高原西北缘的吉尔吉斯斯坦Naryn站长期气象记录和北半球同时期的气温变化进行比较,研究了过去100 a来青藏高原北部和南部的温度变化. 结果显示：青藏高原过去100 a来共出现1910年左右、1920年左右、1950年左右、1970年代4个冷期,各冷期之间对应出现4次暖期,并且变冷的程度越来越弱而变暖的程度越来越强. 其次,青藏高原气候的变冷变暖在不同地区和不同时段差异很大：从空间尺度上看,青藏高原北部变暖过程比南部更强烈;从时间尺度上看,1910年左右和1920年左右的两次变冷十分明显,但1950年左右和1970年代的两次变冷不明显. 另外,虽然有发生在1990年代早期的短暂降温过程,但与其说是一个冷事件,还不如说是一次变暖过程中的短暂停顿,随后表现为持续升温.     

A PRIMARY RECOGNITION ON THE CLIMATIC SIGNIFICANCE OF ICE CORE ISOTOPE RECORD IN NAIMONA'NYI OF WEST TIBETAN PLATEAU

纳木那尼冰川是喜马拉雅山西部地区规模较大的冰川之一,也是开展冰芯气候意义研究有重要潜在价值的冰川.但由于纳木那尼冰川位于西风环流和印度季风影响范围的交界带,不同的环流系统所输送的水汽带来不同的降水稳定同位素信号.因此确定纳木那尼冰芯同位素记录的气候意义是开展该地区冰芯气候记录研究的前提条件.2008年在该冰川积累区所钻取的8.78m浅冰芯为这一研究工作提供了可能.本文对该冰芯的稳定同位素记录以及普兰气象站的气象数据进行了分析与讨论.研究结果表明,同位素的年际变化与当地普兰县气象站气温的年际变化具有较好的对应关系.这可能与当地降水受到夏季季风的影响较小有关.测量结果表明早期的深冰芯钻取点位于冰川的消融区,而冰川的积累区仍位于冰川更高的区域,而且积累区冰川厚度更大,更有可能保存更长时间尺度的冰芯记录.这也为以后开展新的纳木那尼深孔冰芯及气候意义研究提供了借鉴.     

藏东南波堆藏布江流域古乡冰期冰川重建

“古乡冰期”是青藏高原第四纪冰川作用中最具代表性的冰期之一,指代的是倒数第二次冰期,其命名依据来源于藏东南波堆藏布江谷地、保存于古乡一带的终碛-侧碛垄,已有的宇宙成因核素¹⁰Be暴露测年结果显示其发生于海洋氧同位素阶段（MIS）6。然而,古乡冰期时波堆藏布江流域冰川作用范围、冰量及平衡线高度（ELA）等关键信息,仍有待进一步研究。结合冰川地貌野外考察、高清遥感影像/卫星照片及绝对数值年龄,对波堆藏布江流域古乡冰期时的冰川作用范围进行了重建,在此基础上结合数字高程模型,运用冰面纵剖面模型对波堆藏布江流域古乡冰期时古冰川进行了数值模拟。结果显示：古乡冰期时流域内冰川的平均厚度约360 m,冰川总面积为2 648 km2,体积约为953 km3,流域内的冰川覆盖率由古乡冰期时的63%缩减至现在的22.4%。此外,运用积累区面积比率（AAR）法和末端-源头高度比率（THAR）法对波堆藏布江流域现代和古乡冰期时的冰川平衡线高度进行了估算。其中,现代冰川ELA为4 455 m,基于反距离加权法插值的古冰面高程计算出古乡冰期时ELA为3 871 m,比现代ELA低了584 m,古冰川ELA估算结果与前人结果基本一致。     

从冰前风沙地貌初看普若岗日冰原的形成演变

野外实地考察和室内样品分析表明,位于普若岗日冰原西侧冰川前缘带的大片风沙地貌,直接发育在冰碛之上,并以冰碛为主要物质来源,与冰川运动和冰原环境具有密切的联系,是相关冰川和冰原形成演化过程的良好反映与记录.结合沙丘沉积序列中的沉积构造测量、粒度分析及腐殖质夹层的¹⁴C测年等结果,初步得出:普若岗日冰原至少形成于18kaBP;冰原降水可能主要来自西风降水;18kaBP以来,冰原在总体上处于收缩过程,在约108kaBP来,冰原西缘的零平衡线的年均水平退缩速率约为088～102m·a^-1,铅直升高速率约为24～32mm·a^-1。     

祁连山区雪冰反照率变化及其对冰川物质平衡的影响

雪冰反照率能够改变冰川表面能量收支平衡,是影响冰川消融的重要因素之一。利用祁连山地区冰川面积矢量数据、MODIS逐日积雪反照率、气温和降水以及冰川物质平衡等数据,探讨了祁连山典型冰川区雪冰反照率特征及其对冰川物质平衡的影响。结果表明：祁连山地区冰川多年平均反照率为0.532,冰川区面积大小与其多年平均反照率之间呈显著正相关（R²=0.16,P<0.05,N=91）,即冰川面积缩减1 km²,对应的平均反照率下降0.0025。祁连山老虎沟12号冰川反照率在夏季有明显的海拔效应,且强于其他时段,达到0.047?（100m）^-1。典型冰川年均物质平衡量与冰川表面夏季（6—8月）平均反照率之间存在显著的正相关关系,老虎沟12号冰川和七一冰川决定系数R²分别达到了0.48（P<0.05）和0.66（P <0.05）。冰川表面夏季平均反照率这一指标能够较好地衡量青藏高原北部祁连山地区冰川物质平衡的变化。     

青藏高原东南巴松措流域和派山谷末次冰盛期冰川与气候重建

末次冰盛期（LGM）时全球大范围降温,青藏高原冰川大规模扩张,重建LGM时期古冰川规模对认识高原冰川水资源演化及古气候条件有重要的科学意义。根据青藏高原东南巴松措流域及派山谷两地的冰川地貌及其¹⁰Be暴露年代数据,本文应用冰川纵剖面模型定量重建了两地冰川在LGM时期的范围、冰储量和平衡线高度（ELA）等参数,并通过冰川气候模型恢复了LGM时的气候条件。结果表明：巴松措流域LGM时期的冰川面积约为982.3 km²,是现代冰川面积的4.5倍,冰储量约为274.4 km³;派山谷无现代冰川分布,LGM时期的冰川面积达5.76 km²,冰储量约为0.51 km³;LGM时期两冰川的平衡线高度分别为4 460~4 547 m和3 569~3 694 m,与现代冰川相比分别降低了535 m和1 034~1 184 m。在降水减少60%的情况下,考虑LGM以来的构造剥蚀对平衡线高度变化的影响,LGM时期巴松措流域和派山谷冰川的夏季平均气温分别比现在低约2.96~4.89 ℃和5.09~6.99 ℃。     

冰芯中不溶微粒的研究进展

冰芯中的微粒是反映大气粉尘的直接指标,其研究内容包括浓度、通量、粒径和矿物组成等在不同时期的变化特征以及其对全球气候的影响.简要地介绍大气粉尘对全球气候的影响,总结了近年来冰芯中的微粒研究以及用于解释末次冰盛期时高粉尘的几个气候模型的主要进展,着重讨论利用微粒的同位素特征来确定其来源以及利用微粒记录进行定年的方法与结果.     

Timing of the last deglaciation in Belarus

We measured ¹⁰Be concentrations in boulders collected from the Orsha and Braslav moraines, associated with the Last Glacial Maximum extent and a recessional stage of the Scandinavian Ice Sheet (SIS), respectively, providing a direct dating of the southeastern sector of the ice-sheet margin in Belarus. By combining these data with selected existing radiocarbon ages, we developed a chronology for the last deglaciation of Belarus. The northeastern part of the country remained ice free until at least 19.2±0.2 cal. kyr BP, whereas the northwestern part of the country was ice free until 22.3±1.5 cal. kyr BP. A lobate ice margin subsequently advanced to its maximum extent and deposited the Orsha Moraine. The ice margin retreated from this moraine at 17.7±2.0 ¹⁰Be kyr to a position in the northern part of the country, where it deposited the Braslav Moraine. Subsequent ice-margin retreat from that moraine at 13.1±0.5 ¹⁰Be kyr represented the final deglaciation of Belarus. Direct dating of these moraines better constrains the relation of ice-margin positions in Belarus to those in adjacent countries as well as the SIS response to climate change.