青藏高原冰芯有多老

2021-01-19 中國科學雜誌社

青藏高原古裡雅冰芯年代據稱超過500 ka。通過對比崇測冰芯與古裡雅冰芯穩定同位素剖面,推斷二者年齡範圍一致。由於近期多項獨立證據證實崇測冰芯年代囿於全新世,則古裡雅冰芯定年結果可能比實際值高估了~2個量級。相關研究發表於《科學通報》2019年第23期。


冰芯研究是恢復過去氣候環境變化記錄的重要手段之一, 其主要特點是保真度好、解析度高、信息量大等。1987年鑽取的祁連山敦德冰芯揭開了青藏高原冰芯研究的序幕。敦德冰芯初始定年結果為距冰芯底部5 m處對應40 ka,冰芯底部(即冰-巖界面)的年代超過100 ka,但後來採自靠近冰-巖界面的一個冰芯樣品的14C測年結果為6.24±0.33 ka,表明其年代可能僅囿於全新世時間尺度內。此後鑽取的達索普冰芯、普若崗日冰芯、東絨布冰芯和崇測冰芯的年代範圍也僅囿於全新世(圖1)。

 圖1  目前已提供底部絕對年代信息的青藏高原冰芯鑽取點位置示意圖。除古裡雅冰芯外,其他冰芯下面的數字是各自冰芯測量到的最大14C標定年齡,崇測冰芯下面括號裡的數字是應用冰川2p模型獲得的冰-巖界面處年齡。

1992年在西崑侖山古裡雅冰帽鑽取的308.6 m古裡雅冰芯,是迄今在青藏高原鑽取的最長冰芯。基於放射性元素36Cl的測量結果,確定古裡雅冰芯底部年代超過500 ka,甚至最高可達~760 ka,因此古裡雅冰芯被認為是最古老的非極地冰芯。古裡雅冰芯記錄自1997年發表後,得到了大量的引用(如:2019年5月13日Google Scholar引用檢索結果為1001次),被認為是青藏高原古氣候重建結果的經典曲線之一,產生了廣泛的影響。由於崇測冰芯與古裡雅冰芯鑽取點位置僅相距~30 km,但二者的年代範圍相差了~2個量級,因此通過比較崇測冰芯與古裡雅冰芯的穩定同位素剖面,探討二者年代顯著差異的原因至關重要和緊迫。

古裡雅冰芯和崇測冰芯的穩定同位素( δ18O)剖面如圖2所示。因為古裡雅和崇測冰芯的深度分別為308.6 m和135.8 m,故按古裡雅冰芯的不同深度範圍及其相應的平均值步長乘以135.8/308.6後,計算崇測冰芯的相應值,從圖2易見古裡雅冰芯和崇測冰芯δ18O剖面的總體特徵具有較好的一致性。進一步對古裡雅冰芯和崇測冰芯相對應的δ18O平均值進行相關分析,得到r = 0.57(n = 110,P < 0.001),表明二者是顯著正相關的。

 圖2  古裡雅冰芯(a)和崇測冰芯(b)的 δ18O 剖面。崇測冰芯灰線為原始數據,紅線為與古裡雅冰芯已發表δ18O 剖面[6]保持相對步長一致情況下的平均值線。

考慮山區降水的空間差異性顯著,以及冰帽不同位置降水沉積過程、粒雪化和成冰過程等的差異,即使兩支冰芯的年代範圍完全一致,其深度-年代對應關係也不可能完全一致,所以優化處理方案是基於二者穩定同位素剖面特徵進行擺動匹配(wiggle-matching),比如古裡雅冰芯266 m與崇測冰芯110 m深度以下的δ18O均急劇升高並一直保持在較高水平,故可將這兩個深度的δ18O進行匹配。遺憾的是, 由於缺乏古裡雅冰芯的高解析度穩定同位素原始數據,無法進行兩支冰芯δ18O剖面的詳細匹配,但不管如何,兩支冰芯δ18O剖面的顯著正相關性表明二者的年代範圍應該類似。若果如此,從崇測冰芯年代範圍僅囿於全新世時間尺度內來推斷,古裡雅冰芯原始定年結果(>500 ka)可能比實際值高估了~2個量級。

美國科學院院士Lonnie Thompson教授等曾根據古裡雅冰芯與其他青藏高原冰芯年代的顯著差異(圖1),認為青藏高原冰川作用存在空間異時性。如果古裡雅冰芯和崇測冰芯的年代範圍基本一致(圖2),則顯然以往所依賴的空間異時性證據不再有效,因而需要尋找更多的證據進一步探討青藏高原冰川作用的空間異時性問題。

2015年9~10月Lonnie Thompson教授等在1992年古裡雅冰芯鑽取點位置再次鑽取了1支透底冰芯,同時在古裡雅冰帽頂點位置鑽取了3支透底冰芯,並計劃測量這些新鑽取古裡雅冰芯的14C、36Cl、10Be、40Ar/38Ar和氣泡內氧氣的δ18O等,以期確立其準確年代框架。期待2015年古裡雅新冰芯的年代研究結果,以及1992年古裡雅冰芯的原始數據能夠儘快分享於眾。


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侯書貴. 青藏高原冰芯有多老? 科學通報,2019,64(23): 2425-2429


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