冰芯是古气候学中使用的重要档案——用于追踪温度变化和大气化学成分。它们是雪（在极地地区或高海拔地区）以年为周期的堆积，形成明显的冰层，显示出季节性变化（在未压实的表层物质中）。重要的是，冰层会吸附气泡、雪形式的降水和火山爆发产生的火山灰（BAS，2022）。格陵兰岛的冰芯记录可追溯到100ka，南极洲最古老的记录可追溯到更新世中期（约1Ma）（Higgins et al. 2015）。根据积聚和压实情况，这些冰芯的测试分辨率可达到十年以内，比另一个重要的古气候学资料库——沉积物冰芯的分辨率高出几个数量级。
该记录的一项重要成就是记录了冰川-间冰期周期（Lüthi et al. 2008; Osman et al. 2021），将温室气体（GHG）变化与冰川事件的始末联系起来。特别是，该研究表明，虽然过一万年的气候相对稳定，但之前的间冰期的极端温度变化远远超过了今天的变化（Johnsen et al. 2001）。这对于为当今大气中人为温室气体成分的增加提供背景信息非常重要。
残留气泡和灰烬的分析
冰芯中捕获的气泡是古代大气气体成分（如甲烷、二氧化碳）的直接样品。通过分析氧的稳定同位素以及大气条件的变化（尤其是结合含尘分析），雪层的化学成分可提供有关温度（包括季节性温度变化和极端气候变化事件）的详细信息（e.g. Parrenin et al. 2013; Petit et al. 1999; Shakun et al. 2012; Marcott et al. 2014）。
火山喷发产生的灰烬会在大规模喷发时被困在冰层中，使硫酸（H₂SO₄）扩散到全球各地；H₂SO₄的浓度可以估计火山喷发的规模，而一般的灰烬成分则可以证明火山的起源。最后，可以利用锶、钕和铪同位素分析冰芯层中的大气尘埃和其他风积物，以确定其来源。
冰芯与其他古气候记录的对比
这种对古气候条件的第一手了解极为罕见，也正因如此，该领域才能对那些没有同时出现的冰芯记录的时期所必须依赖的间接地球化学指标进行实地验证。因此，将冰芯与其他古气候记录（如湖泊/海洋沉积物/碳酸盐、树木年轮、洞穴沉积物）进行交叉比较是很常见的。这有助于研究区域时间和/或当地影响的差异。这些其他记录通常采用放射性碳（14C）测年法。为了探究此类事件的发生时间，并使不同档案的冰芯记录中的事件同步，必须使用放射性碳测年法对冰芯进行测年，或使用其他放射性测年方法（如10Be）进行校准。
由于14C和10Be的同步具有挑战性（例如需要复杂的统计方法；Adolphi and Muscheler, 2016），因此人们一直在努力开发测定冰芯中碳-14的方法（e.g. Fang et al. 2021）。例如，通过测定冰内不溶于水的有机碳部分或溶解有机部分可以推断出冰芯中的碳-14年龄——即大气沉积物随着时间的推移而融合的颗粒。 这些有机碳样品通常来自陆地生物圈，因此应该与大气处于平衡状态。
BETA实验室的放射性碳测年服务
总部位于迈阿密的BETA实验室提供水（融冰）有机碳部分的放射性碳测年，前提是样品满足最低DOC浓度5.0 mg C/L (5.0 ppm)。碳的稳定同位素比率 (δ13C) 包含在服务中，可提供碳循环随时间变化的证据。还可提供其他同位素测试（δ18O、δ2H）。
放射性碳测年费用是多少呢？
参考文献:
- Adolphi, F. and Muscheler, R., 2016. Synchronizing the Greenland ice core and radiocarbon timescales over the Holocene–Bayesian wiggle-matching of cosmogenic radionuclide records. Climate of the Past, 12(1), pp.15-30. https://doi.org/10.5194/cp-12-15-2016
- British Antarctic Survey, Ice cores and climate change. (2022). Available at: https://www.bas.ac.uk/data/our-data/publication/ice-cores-and-climate-change/
- Fang, L., Jenk, T.M., Singer, T., Hou, S. and Schwikowski, M., 2021. Radiocarbon dating of alpine ice cores with the dissolved organic carbon (DOC) fraction. The Cryosphere, 15(3), pp.1537-1550. https://doi.org/10.5194/tc-15-1537-2021
- Higgins, J.A., Kurbatov, A.V., Spaulding, N.E., Brook, E., Introne, D.S., Chimiak, L.M., Yan, Y., Mayewski, P.A. and Bender, M.L., 2015. Atmospheric composition 1 million years ago from blue ice in the Allan Hills, Antarctica. Proceedings of the National Academy of Sciences, 112(22), pp.6887-6891. https://doi.org/10.1073/pnas.1420232112
- Johnsen, S.J., Dahl‐Jensen, D., Gundestrup, N., Steffensen, J.P., Clausen, H.B., Miller, H., Masson‐Delmotte, V., Sveinbjörnsdottir, A.E. and White, J., 2001. Oxygen isotope and palaeotemperature records from six Greenland ice‐core stations: Camp Century, Dye‐3, GRIP, GISP2, Renland and NorthGRIP. Journal of Quaternary Science: Published for the Quaternary Research Association, 16(4), pp.299-307. https://doi.org/10.1002/jqs.622
- Lüthi, D., Le Floch, M., Bereiter, B., Blunier, T., Barnola, J.M., Siegenthaler, U., Raynaud, D., Jouzel, J., Fischer, H., Kawamura, K. and Stocker, T.F., 2008. High-resolution carbon dioxide concentration record 650,000–800,000 years before present. nature, 453(7193), pp.379-382.
https://doi.org/10.1038/nature06949
- Marcott, S.A., Bauska, T.K., Buizert, C., Steig, E.J., Rosen, J.L., Cuffey, K.M., Fudge, T.J., Severinghaus, J.P., Ahn, J., Kalk, M.L. and McConnell, J.R., 2014. Centennial-scale changes in the global carbon cycle during the last deglaciation. Nature, 514(7524), pp.616-619. https://doi.org/10.1038/nature13799
- Osman, M.B., Tierney, J.E., Zhu, J., Tardif, R., Hakim, G.J., King, J. and Poulsen, C.J., 2021. Globally resolved surface temperatures since the Last Glacial Maximum. Nature, 599(7884), pp.239-244. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03984-4
- Parrenin, F., Masson-Delmotte, V., Köhler, P., Raynaud, D., Paillard, D., Schwander, J., Barbante, C., Landais, A., Wegner, A. and Jouzel, J., 2013. Synchronous change of atmospheric CO2 and Antarctic temperature during the last deglacial warming. Science, 339(6123), pp.1060-1063. https://doi.org/10.1126/science.1226368
- Petit, J.R., Jouzel, J., Raynaud, D., Barkov, N.I., Barnola, J.M., Basile, I., Bender, M., Chappellaz, J., Davis, M., Delaygue, G. and Delmotte, M., 1999. Climate and atmospheric history of the past 420,000 years from the Vostok ice core, Antarctica. Nature, 399(6735), pp.429-436. https://doi.org/10.1038/20859
- Shakun, J.D., Clark, P.U., He, F., Marcott, S.A., Mix, A.C., Liu, Z., Otto-Bliesner, B., Schmittner, A. and Bard, E., 2012. Global warming preceded by increasing carbon dioxide concentrations during the last deglaciation. Nature, 484(7392), pp.49-54. https://doi.org/10.1038/nature10915
图源:
冰芯 – Eli Duke, CC BY-SA 2.0, via Wikimedia Commons
冰川 – Pexels/Pixabay
英文原文更新于2023年8月30日
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Monday, November 27th, 2023 and is filed under
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