雪冰中铁的研究进展

铁是地壳中丰度较高的元素之一,然而在全球海洋中却存在大面积缺铁的"高营养盐,低叶绿素"（HNLC）海域,因此海洋中铁是一种相对缺乏的元素。铁可以通过影响浮游植物对碳的固定,降低大气CO2的浓度,进而影响到全球气候变化。因此在近几十年来,铁循环是目前地球科学领域的研究热点。冰冻圈作为全球铁循环的重要组成部分之一,其中冰川、冰盖、积雪、冰山与海冰等是其主体,其不仅可以记录大气沉降铁,同时又能向海洋中输送铁,是全球铁循环的重要环节。本文对极地和青藏高原雪冰中铁的历史变化规律及气候意义进行了综述,总结了雪冰中大气沉降铁的现状及存在的问题,归纳了雪冰中铁的实验室分析方法。针对该领域目前研究上的空白和热点,对雪冰中铁的未来发展发向和需要重点关注的部分进行了展望。     

过量氘新的定义及其在极地地区的应用综述

水汽中过量氘主要受蒸发过程中非平衡动力分馏控制,而水汽冷凝过程一般认为同位素发生平衡分馏,平衡分馏过程对降水及水汽中过量氘影响较小,因此理论上可以利用冰芯过量氘记录进行水汽源区环境条件的定量重建。在极地地区,较低的温度导致水汽的冷凝程度较高,氢(δD)与氧(δ~(18)O)稳定同位素的斜率受与温度有关的平衡分馏系数显著影响,因此极地降水中过量氘实际上还受平衡分馏系数影响;此外,随着水汽冷凝程度的升高,水汽中δD/δ~(18)O值越来越低,δD和δ~(18)O之间的非线性关系越来越明显,这导致传统线性过量氘(定义为d_(excess)=δD-8δ~(18)O)的值还受同位素值本身的影响。因此,上述线性过量氘定义的不足使得利用极地冰芯过量氘记录进行水汽源区环境条件定量重建的精度受到了很大的限制。为了弥补传统线性过量氘定义的不足,近年来一些研究者提出了过量氘的对数定义和指数定义。本文旨在说明传统线性过量氘定义的不足,详细介绍两种过量氘新定义的基本原理与优势、最新研究进展及其在极地地区的应用前景。     

极地冰芯气候及环境记录指标研究现状与展望

冰芯记录了自然和人类活动等各种因子的变化,是研究全球气候变化和环境变化的良好载体。极地冰芯可以将高分辨率古气候记录的时间尺度延长至过去几十万年,具有重要的科学意义。近年来,极地冰芯在气候及环境记录上取得了一系列新的研究进展,但尚缺乏系统的总结。本文对极地冰芯的研究进展进行了梳理,从冰芯物理特性、冰芯氢氧同位素、可溶及不可溶物质理化特征、冰芯气体等方面进行了概述,重点关注了最新分析方法在极地冰芯中的应用。最后对极地冰芯研究的未来发展方向进行了展望,以期为今后深入开展极地冰芯气候及环境记录研究提供参考。     

冰芯包裹气体的稳定同位素和气体比值的高精度测量方法与校正

冰芯包裹气的稳定同位素和气体比值不仅可用于冰芯定年,也是反演古代大气组成及气候变化的重要指标,准确重建历史时期的气候信息对包裹气体同位素组成的测量精度和准确性有很高的要求。本文系统描述了冰芯包裹气体在实验室真空管线上提取、纯化,并在同位素质谱仪上测量的流程,详细介绍了氧、氮稳定同位素及其气体比值的校正方法。冰芯包裹气的稳定同位素和气体比值易受到多种过程的干扰,如现代大气污染、质谱仪的稳定性、气体比值不同引起的质量干扰等。针对以上问题,本研究在高真空条件下处理冰芯样品,利用零点校正检测仪器的稳定性,进行化学斜率校正消除气体比值不同对同位素值造成的质量干扰,并最终将所有数据以现代空气为标样进行均一化校正。经校正后的空气标样的氧、氮同位素值(δ¹⁸O、δ¹⁵N)和气体比值(δO₂/N₂、δAr/N₂)的外部精度分别为±0.043‰、±0.044‰、±0.7‰和±0.7‰。本研究重点强调了化学斜率校正对氧、氮同位素值的影响,综合2020年1月—2022年10月期间3次离子源更换后的化学...     

雪冰孢粉记录研究进展

孢粉作为一种可靠的代用指标,能够反映不同时间尺度古气候和古环境的变化信息。雪冰孢粉研究以雪冰中的植物花粉和孢子为研究对象,结合雪冰研究的特性和孢粉研究的优势,为气候重建提供了一种新的手段。雪冰孢粉是古植被的直接反映,可用于重建湿度、温度和人类活动。归纳了雪冰孢粉的古环境意义,总结了雪冰孢粉研究的空间分布状况,概述了雪冰孢粉记录的研究进展。现阶段雪冰孢粉研究在源区与传播特征、季节变化特征、辅助雪冰定年和古气候重建等方面均取得了良好的进展。北极地区有区域性的雪冰孢粉现代过程研究工作,而山地地区研究主要关注单个冰帽,并有若干学者在孢粉重建古温度以及孢粉重建古湿度等方面进行了定量化尝试。目前研究表明,雪冰孢粉对湿度变化的响应较为敏感,并且在温度重建方面具有极大潜力。特别在青藏高原,藜科、蒿属、禾本科以及莎草科花粉的百分比变化能够较客观地反映湿度变化信息。此外,雪冰孢粉记录的草原、草甸和荒漠植被类型的转变能够提供温度和湿度变化信息。但是,这些孢粉指标均具有一定的局限性,且其古环境指示意义研究也并不深入。青藏高原雪冰孢粉现代过程和古气候重建等应是未来值得关注的研究内容之一。     

极地雪冰中痕量元素的研究进展

极地由于其独特的地理位置和自然条件,发育了地球上最广泛且最集中的冰川,在全球气候和环境变化中发挥了举足轻重的作用。极地常年的低温环境使雪冰能完整保存过去大气沉降的痕量元素记录,可用于追踪排放源和重建过去人类和自然排放活动的历史。极地雪冰中痕量元素的研究最早可以追溯至20世纪60年代末,早期表层雪研究显示极地雪冰中痕量元素记录基本反映大气化学成分变化,而异常高的典型地壳元素值主要来源于火山喷发和海盐喷溅贡献。极地雪坑和浅雪芯中痕量元素记录显示自工业革命以来,加强的人类排放活动（例如化石燃料燃烧、有色金属冶炼和矿物开采活动）是极地雪冰中重金属元素富集的主要原因,其中南极地区雪冰中富集的痕量元素主要来源于南美洲国家,而北极地区雪冰中富集的痕量元素主要来源于北美和欧洲国家;另外,亚洲新兴经济体也是20世纪下半叶以来重要的排放源。极地深冰芯同样记录了工业革命以前南欧的人类排放活动对格陵兰冰盖大气沉降的痕量元素影响。此外,深冰芯痕量元素记录也呈现了冰期-间冰期尺度大气沉降痕量元素的变化特征。因而极地雪冰中痕量元素研究为重建过去人类和自然排放活动的历史提供了宝贵数据。然而,先前极地雪冰中痕量元素的研究大都以常规测试方法和常规元素研究为主,下一步工作应聚焦雪冰中新同位素记录和元素研究,以及探索新方法（例如激光-剥蚀-电感耦合等离子体质谱）以获取冰芯中更高分辨率且连续的痕量元素记录。