冰芯中的气体含量

在冰川或冰盖的表面以下，气泡在雪变成冰的过程中被隔离和困住。如果没有扩散，气泡就包含了包裹体形成时的“化石”空气。因此，冰芯中气泡的成分为分析数千年前大气成分的变化提供了一种方法。然而，从冰芯中重建大气中的二氧化碳浓度并不简单，因为(a)化学反应可能在冰基质中产生二氧化碳

50000年

100000年

150000年

300000年

350000年

400000年

图3.16东方冰芯:上轴为深度，下轴为时间刻度，两个固定点分别为110,000 yr bp和390,000 yr bp。(a)氘剖面;(b) <518Oatm剖面;(c)海水<5lsO(冰体积代表)海洋同位素阶段；(d)钠剖面;(e)粉尘廓形;(f)二氧化碳;(g)大气同位素温度;(h)甲烷;(i) S1 Oatm;(j) 6月中旬65°N日照(WrrT2)。(改编自Petit et al, 1999)

50000年

100000年

150000年

300000年

350000年

400000年

图3.16东方冰芯:上轴为深度，下轴为时间刻度，两个固定点分别为110,000 yr bp和390,000 yr bp。(a)氘剖面;(b) <518Oatm剖面;(c)海水<5lsO(冰体积代表)和海洋同位素阶段;(d)钠剖面;(e)粉尘廓形;(f)二氧化碳;(g)大气同位素温度;(h)甲烷;(i) S1 Oatm; and (j) mid-June insolation at 65°N (in WrrT2). (Adapted from Petit et al, 1999)

0 400 800 1200 1600 2000

0 400 800 1200 1600 2000

图3.17南极洲Vostok冰芯过去16万年的古环境记录(a)甲烷含量、平均值和2-sigma不确定性范围;(b)由氧同位素变化重建的地表古温度;(c)二氧化碳含量的变化(平均值和2-sigma不确定性范围)。(改编自Chappellaz et al, 1990)

图3.17南极洲Vostok冰芯过去16万年的古环境记录(a)甲烷含量、平均值和2-sigma不确定性范围;(b)由氧同位素变化重建的地表古温度;(c)二氧化碳含量的变化(平均值和2-sigma不确定性范围)。(改编自Chappellaz et al, 1990)

杂质(Anklin et al, 1995)和(b)气泡和包层速率之间的co2分馏(Miller, 1969)。

对空气的分析是通过将一片冰芯放在真空室中进行的。然后将冰裂解，用色谱法或光谱法分析气体。近年来，人们特别关注温室气体CO2和CH4的含量。

为了比较格陵兰冰盖记录的快速气候变化与南极raybet雷竞技最新冰盖记录的全球大气二氧化碳浓度趋势，Stauffer等人(1998)利用格陵兰和南极冰盖的全球大气甲烷浓度记录，提供了最后一个冰期的准确通用时间尺度。他们发现大气中二氧化碳的浓度一般变化不大Dansgaard-Oeschger事件，但随着海因里希冰山放电事件的发生而显著变化，特别是那些以长Dansgaard-Oeschger事件开始的事件。

格陵兰岛的记录(Neftel et al.， 1982;Stauffer et al, 1984)和南极洲(Barnola et al, 1987, 1991)冰原表明，在最后一个冰期，大气中的C02水平明显低于其他间冰期。其他大气气体，如CH4和一氧化二氮(NzO)，也在末次盛冰期的冰中以较低的浓度被发现(Chappellaz等，1990;雷诺等人，1992)。在末次冰期向全新世过渡期间(氧同位素阶段2/1)，大气中的二氧化碳水平从约200ppmv (百万分之一体积)到间冰期值约为280ppmv。CH4浓度从350 ppbv增加到650 ppbv，而N20值从190 ppbv左右增加到270 ppbv(见图2.3)。

南极Vostok冰芯显示，在过去16万年中，C02、CH4和温度(基于氧同位素数据)在相位上发生了变化(图3.17)。格陵兰冰芯的甲烷记录(Dansgaard et al, 1993;Blunier et al, 1995)也证明了与从冰芯中获得的古温度记录密切相关。

上部的气体含量冰芯层反映了人类活动。格陵兰冰芯中的二氧化碳从18世纪中期开始逐渐增加，并在过去50年左右显著增加，这反映了人类对大气环境的影响(Neftel et al, 1982)。化石燃料燃烧的增加，森林砍伐和生物质转化在过去的200年里，大气中二氧化碳的含量增加了20%到30%。最近，化学污染物(例如铅、煤烟、硝酸盐)的浓度显著增加(Mayewski等人，1990年)。

GRIP冰芯的C02记录跨越了40000年至8000年bp (Anklin et al, 1997)。冰芯记录显示，从末次冰期到全新世早期，大气中co2浓度从200 ppmv增加到290-310 ppmv(图3.18)，增加了80-100 ppmv。GRIP和GISP2冰芯在末次冰期的温和时期显示出较高的二氧化碳值。然而，在南极洲，二氧化碳冰芯记录并没有显示出类似的高值。此外，GRIP记录的全新世早期C02值比南极记录的高20 ~ 30 ppmv。GRIP和南极co2记录之间的差异被Anklin等人(1997)解释为冰中的杂质在原地产生了过量的co2。由于南极冰中的碳酸盐浓度低于格陵兰冰，因此南极的二氧化碳记录被认为比格陵兰的二氧化碳记录更可靠。来自南极冰芯的高分辨率记录显示，在最近三个消冰期的每次变暖后600±400年，二氧化碳浓度增加了80至100 ppmv (Fischer et al, 1999)。尽管气温急剧下降，但在冰川期，高浓度的二氧化碳可以持续数千年。这一阶段滞后的长度可能与前一个温暖期的持续时间有关，控制着陆地覆盖的变化和陆地生物圈的积累。

南极泰勒圆顶冰芯中气泡中二氧化碳浓度的高分辨率全新世记录，

冰芯中的微粒和放射性示踪剂

160 - 320

Vostok伯德

”我“■■■■■■的“I”“»我■”“我“■”»“我”■“我”■■”我

5000, 10,000, 15,000, 20,000, 25,000, 30,000, 35,000, 40,000

年龄(年bp)

图3.18 GRIP冰芯的<5180剖面与年龄的关系，以及GRIP、Dye 3、Byrd和Vostok的CO2剖面深的冰内核。(修改自Anklin et al, 1997)

显示二氧化碳浓度从3.4 micropartids和放射性下降

在冰芯示踪剂中，l0,500yrBP为268ppmv至260ppmv

8200 yr bp(图3.19)。在随后的-

7000年，二氧化碳浓度几乎线性增加到285 ppmv (Indermuhle等人，环境的几个方面的证据

1999)。从冰芯中得到了变化。

10000

图3.19南极洲Taylor Dome全新世C02曲线。(修改自Indermiihle et al.， 1999)

10000

图3.19南极洲Taylor Dome全新世C02曲线。(修改自Indermiihle et al.， 1999)

的变化大气气溶胶负荷利用冰芯中的沙尘含量来检测沙漠或植被贫瘠地区的原有范围(Jouzel et al.， 1990)。粉尘，定义为固体颗粒在气体中的悬浮或这种颗粒的沉积，是一种重要的气体stratig极地冰芯中的Raphie成分。来自南极洲和格陵兰岛的冰芯中的灰尘被认为反映了沉积时的大气灰尘负担。冰芯中的尘埃浓度已被证明随季节而变化。因此，每年的灰尘周期可以帮助确定每年积雪的沉积层，这有助于确定冰芯的年代。极地冰中不溶性尘埃的存在意味着不溶性尘埃的年最大值将被保留下来，不受扩散过程的影响。Ram和Koenig(1997)展示了来自GISP2冰芯的高分辨率尘埃廓线，穿过全新世前的冰，也可能穿透艾姆间冰期冰，显示的证据Dansgaard-Oeschger事件记录在氧同位素信号中。

在GRIP冰芯中，大气沙尘颗粒的矿物成分与其他古大气记录呈阶段性变化(Maggi, 1997)，表明气候变化也影响沙尘源区的地表。在冷期和暖期系统地观察到不同的矿物组合。冷期以石英、伊利石、绿泥石、云母和长石为主。该矿物组合主要与干旱地区的机械风化作用有关寒冷地区．暖期以高岭石和铁(氢)氧化物为主，主要与深部有关化学风化作用在温暖潮湿的地区。

在GRIP冰芯的1400多个样品中测量了粒径区间0.46 nm半径内的不溶性尘埃微粒的尺寸分布(Steffensen, 1997)，总尘埃质量与<5lsO变化密切相关。在2.0-6.0 (xm)的尺寸区间内，颗粒的体积分布在大多数分析样品中几乎相同。对23340 ~ 26180 yr bp(末次盛冰期前后)GISP2冰芯粉尘的分析表明，可能的源区在东亚，而不是美国大陆中部或撒哈拉沙漠，后者被认为是潜在的源区(Biscaye et al, 1997)。

GRIP冰芯过去10万年的钙(代表尘埃)浓度显示出很大的变化(因子>100)(Fuhrer et al, 1998)。在Dansgaard-Oeschger期间，低浓度之间的显著变化(5-10倍)间冰段在较冷的时期和较高的水平叠加在长期趋势上，进一步增加5-10的因子。东亚沙尘源地区的风速显著增加可能是这些沙尘含量大幅快速增加的原因。源区风速的变化几乎完全与格陵兰岛的温度变化相一致，表明高纬度和低纬度的气候参数在冰期具有很强的相位，大气环流系统在末次冰期几乎同时发生了大规模的变化。

在末次冰期，沙尘含量大约是现在的200倍(Thompson et al, 1995)。海-浓度的变化盐颗粒在冰芯中被解释为反映风暴(Shaw, 1989)。南极冰盖中硫酸盐含量的变化已被用来表明生物生产力的变化(Charleson et al, 1987)。冰芯中的酸性剖面提供了硫酸含量的记录，硫酸含量是火山气溶胶的代表，因此也是前火山喷发的规模。冰芯中还含有自20世纪50年代末和60年代初以来大气层核弹试验以及1986年切尔诺贝利反应堆事故产生的放射性沉降物。某些沉降物是有用的地层标志层，可用于，例如质量平衡研究．

利用Ca、Mg和CI的离子色谱法研究了到达格陵兰岛的海洋和大陆初级气溶胶的循环(Angelis et al, 1997)。钙是来自大陆来源的一个很好的指标。格陵兰岛大陆背景气溶胶的钙含量在冰川期相当高。海洋Na组分反映了海盐气溶胶，与<5lsO呈反线性关系。氯与海洋钠的重量比随着温度的升高而增加，从接近末次冰期最大期的海水体积比的值到全新世的显著较高的值。

GISP2冰芯报告了一个几乎连续的10Be(半衰期1.5 x 106年)浓度记录，时间跨度为3288年至40,055年bp (Finkel和Nishiizumi, 1997)。be浓度与¿lsO有很强的相关性，而与积雪堆积率的相关性较弱。在百年的时间尺度上，¿l4C和10 Be之间有很强的相关性。

自然宇宙成因36C1主要是在大气中通过中子和质子诱导的40Ar散裂反应产生的。36C1的产生速率与宇宙射线通量成正比，宇宙射线通量受地球磁场和太阳风的磁性能调节。在大约两年内，36ci会从大气中消失，并储存在冰盖等陆地沉积物中(例如Baumgartner et al, 1997)。除了全新世/Weichselian-Wisconsin转变外，GRIP冰芯的宇宙成因同位素10Be、36C1和26Al持续进行了分析。

继续阅读:终端碛

这篇文章有用吗?

0 0