冰芯中的氧同位素研究
南极冰芯的年龄测定方法-概述说明以及解释
南极冰芯的年龄测定方法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述南极冰芯是一种珍贵的地质记录，其中包含了大量关于地球历史和气候变化的重要信息。
通过对南极冰芯进行年龄测定，我们可以了解地球数百万年来的气候变化情况，包括温度、大气成分、降水量等。
这些信息对于研究气候演变、预测未来气候变化以及评估人类活动对气候影响具有重要意义。
本文将介绍南极冰芯的年龄测定方法，包括传统方法和现代技术的应用。
通过对南极冰芯中的气体含量、同位素比值、化学成分等进行分析，我们可以推断冰芯的年代，并得到高精度的年代序列。
这些年代序列不仅能够揭示地球气候的演变规律，还可以与其他地质、气候记录相结合，提供全面的气候变化信息。
通过本文的介绍，读者将了解南极冰芯年龄测定的重要性和可行性，以及其在气候研究、环境保护和全球变化预测中的广泛应用前景。
愿本文能对读者对南极冰芯研究产生兴趣，增进对地球气候变化机制的理解。
1.2 文章结构:本文将分为引言、正文和结论三部分进行阐述。
在引言部分，将简要概述南极冰芯年龄测定方法的重要性和意义，以及文章的结构安排。
在正文部分，将详细介绍南极冰芯的重要性、年龄测定方法以及这些方法的应用与意义。
最后，在结论部分，将对本文进行总结，展望未来可能的研究方向，并得出结论。
整个文章结构紧凑清晰，旨在为读者提供全面了解南极冰芯年龄测定方法的资料和信息。
1.3 目的：本文的主要目的是介绍南极冰芯的年龄测定方法，包括核微探针法、同位素法、气体同位素法等多种技术的原理和应用。
通过对这些年龄测定方法的介绍，可以更全面地了解南极冰芯的形成过程和变化规律，为研究气候演变、地球环境变迁等重要问题提供重要的依据。
同时，也可以帮助人们更好地认识和保护南极冰层的珍贵资源，促进南极科学研究的发展和进步。
通过本文的阅读，读者可以深入了解南极冰芯的年龄测定方法及其在科学研究中的应用，从而进一步拓展对这一领域的知识和理解。
2.正文2.1 南极冰芯的重要性南极冰芯是研究气候变化和地球环境演变的重要工具，其重要性体现在以下几个方面：1. 记录气候变化历史：南极冰芯中的冰层可以记录下几十万年甚至几百万年的气候信息，包括温度、降水、大气成分等。
极地冰芯记录对气候变迁的地理解读
极地冰芯记录对气候变迁的地理解读近年来，全球气候变化引起了广泛的关注。
为了深入了解气候变迁的过程和原因，科学家们通过对极地冰芯的研究，取得了许多重要的发现。
极地冰芯记录着数万年来的气候变迁，通过对其进行地理解读，我们可以更好地理解气候变迁的机制和未来的趋势。
首先，极地冰芯记录了过去数万年来的气候变迁。
冰芯中的冰层可以视为时间的胶囊，每一层都代表了一段时间内的气候状况。
通过对冰芯中的物质成分、气候指标等的分析，科学家们可以重建过去的气候变化情况。
例如，冰芯中的气泡含有大气中的气体，通过分析气泡中的气体成分，我们可以了解过去的大气组成和温室气体的浓度变化。
这些数据为我们研究气候变迁提供了宝贵的线索。
其次，极地冰芯记录了气候变迁的地理影响。
由于气候变迁是全球性的，极地冰芯的研究成果可以反映出全球范围内的气候变化趋势。
例如，冰芯中的氧同位素含量可以反映出地球的温度变化。
通过对不同地区冰芯的比较，科学家们可以确定不同地区的气候变迁速度和幅度是否一致。
这些地理影响的研究有助于我们更好地了解不同地区的气候特征和变迁机制。
此外，极地冰芯记录对气候变迁的地理解读还可以为未来的气候预测提供参考。
通过对过去气候变迁的研究，科学家们可以建立气候模型，预测未来的气候趋势。
这些模型可以基于冰芯数据中的气候指标，结合其他地理因素进行建模，从而预测未来的气候变化趋势。
这对于制定应对气候变化的政策和措施具有重要意义。
然而，极地冰芯记录对气候变迁的地理解读也存在一些挑战和限制。
首先，冰芯中的数据量有限，无法完全覆盖地球上的所有地区和时间段。
因此，我们需要结合其他气候记录，如海洋沉积物和树木年轮等，来获得更全面的气候变迁信息。
其次，冰芯中的数据需要经过复杂的分析和解读，存在一定的不确定性。
科学家们需要不断改进分析技术和方法，提高数据的准确性和可靠性。
综上所述，极地冰芯记录对气候变迁的地理解读具有重要的科学价值。
通过对冰芯中的数据进行分析，我们可以了解过去的气候变迁情况，揭示气候变迁的地理影响，并为未来的气候预测提供参考。
冰芯中的氧同位素研究
冰芯中的δ18O与古气候变化信息刘飞*（曲阜师范大学地理与旅游学院，山东省日照市 276826）摘要：冰芯是过去气候变化信息的三大良好载体之一，冰芯中的氧同位素保存了过去连续的温度和降水记录。
本文介绍了氧同位素在恢复古气候研究中的应用原理以及在青藏高原和中国西部高海拔山地冰川研究中的应用。
关键词：冰芯；δ18O；古气候；青藏高原中图分类号：极地冰芯、黄土、深海沉积是过去全球变化的三大良好载体。
为了解全球变化的特征和基本变化规律奠定了基础[1]。
冰芯以其分辨率高、记录时间长、信息量大和保真度高等特点，而成为过去全球变化研究的重要方法之一。
它不但记录着温度、降水、大气环流强度、大气化学、大气成分的变化,而且也记录着影响气候环境变化的各种因子的变化，同时还记录着人类活动对于环境的影响[2]。
目前，青藏高原和中国西部高海拔山地冰川成为中低纬度冰芯研究聚焦的中心，我国在此领域的研究已经取得了丰硕的成果[3~12]。
冰芯中氢氧同位素保存了过去连续的温度记录[13]，对恢复我国西部地区的古气温和降水起到了重要作用[14~22]。
1氧同位素的应用原理氧元素有16O、17O和18O三个同位素，其中以16O为主，17O所占比例很小，甚至可以忽略，18O 的比例为0.2%。
18O属于稳定同位素，其含量比例并不随时间变化。
但是，当水的相态发生转变时，就会影响到氧同位素的含量，所以18O的含量变化自然就和温度联系起来[23]。
Dansgaard在1954年提出，冰芯中δ18O的变化反映了冰盖上空水汽凝结形成冰雪时的气温变化，即成雪时气温越低，18O的含量就越小，因而冰期时形成的冰层中的18O的含量就远小于目前新生成的冰层的含量。
由于温度是影响冰层中δ18O变化的主要因素，所以一年内季节的变化，冰层中δ18O 值也发生变化。
在冰芯中夏季层与冬季层的δ18O值表现出明显的峰谷交替变化，其值相差大约为10。
张小伟等[13]对氢氧同位素在冰芯研究中的应用原理进行了详细解释。
6 冰芯研究--过去的全球变化
超பைடு நூலகம்钻的主要冰芯钻探
E04 The flag line with clouds rolling in. Skyerne ruller ind over lejren. Photo: Sune Olander Rasmussen
Camp Crete, 1974. The first tower in the background was for the thermal drill; the next tower to the rear was for the radar reflector to enable aircraft to locate the site in the middle of the ice sheet.
Camp Milcent, 1973. The polyethylene-covered 100 KW generator shelter in the foreground was used for thermal drilling and other camp power needs. Waste heat from the generator provided the camp water supply.
The drill has just surfaced 冰芯被提上地表 2009
Pictures from the NEEM field campaign. Photos can be used freely with clear reference to the source: Photo: NEEM ice core drilling project, www.neem.ku.dk.
气候变化冰芯记录告诉我们过去和未来
气候变化冰芯记录告诉我们过去和未来气候变化是当前全球关注的热点问题之一。
为了更好地理解和应对气候变化的影响，科学家们通过对冰芯的研究取得了重要的进展。
冰芯记录不仅揭示了过去数千年以来地球气候的变化，还为我们预测未来的气候趋势提供了宝贵的线索。
冰芯是从冰川或极地冰盖中提取的长而细的冰柱，它们包含了大量的气候信息。
通过对冰芯的分析，科学家可以获得各种与气候有关的数据，例如大气温度、大气成分、降水量等。
这些数据被认为是重建过去气候的“时光机”，也是预测未来气候变化的重要依据。
首先，冰芯记录向我们揭示了过去数万年来地球气候的变化趋势。
通过对不同地区的冰芯进行分析，科学家们发现冰芯中的气泡含有大气中的气体成分，尤其是二氧化碳。
通过测量冰芯中二氧化碳的浓度，科学家们发现在过去的数千年中，二氧化碳浓度与地球气温存在着密切的关系。
在冰芯记录中，可以清晰地看到气温与二氧化碳浓度之间的周期性变化，这揭示了过去气候变化的规律。
冰芯记录还揭示了过去的气候极端事件。
例如，冰芯中的氧同位素比例可以反映出过去的降水量变化。
较低的氧同位素比例通常意味着降水量较少，而较高的比例则暗示着更多的降水。
通过对冰芯记录的分析，科学家们发现了大规模的干旱周期和降水量增加的情况，这与过去几千年中出现的气候变化事件相吻合，如小冰期和中世纪暖期等。
这些发现为我们深入理解过去气候变化提供了重要的线索。
此外，冰芯记录也为我们预测未来的气候趋势提供了重要参考。
通过比较过去的冰芯记录和当今的气候状况，科学家们能够了解人类活动对气候变化的影响。
例如，通过分析冰芯中的硫酸盐等成分，科学家们发现了人类活动导致的大气污染和酸雨形成的证据。
这些数据可以用来评估未来气候变化的可能性，并为制定应对策略提供科学依据。
冰芯记录还提供了对全球气候系统的全面认识。
通过对来自不同地区的冰芯进行分析，科学家们可以了解各个地区的气候变化情况，并揭示不同区域之间的相互影响。
这有助于我们理解气候变化的全局性和复杂性，为制定全球气候治理和减轻气候变化影响的政策提供支持。
冰芯研究用于全球变化研究中的基本原理
三、实例分析
1.采样 冰芯来源：慕士塔格冰芯 长度为41.6 m 的第5 支冰芯(Core-5)中 的分析数据. 2.处理
（1）样品的氧稳定同位素的测 定是用实验室MAT-252和DeltaPlus 气体质谱议完成的, 测量的 δ18O 的精度为0.2%. • （2）总β活化度测量在在中国 科学院冰冻圈与环境联合重点 实验室完成.
冰芯中记录与核反应事件
报 告 人：王卫海 指导老师：唐俊红 报告时间：2014/4/9
研Hale Waihona Puke 内容一、冰芯作用 根据极地冰芯的 pH 值和电导率 (ECM) 可以恢复末次冰期以来的 气候旋回事件。高海拔山岳冰川冰芯不但记录着过去各种气候环境参 数（如气温、降水、大气化学与大气环流等）的变化，而且也记录着 影响气候环境变化的各种因子（如太阳活动、火山活动和温室气体等 ）的变化及人类活动对于环境的影响（王宁练等, 2003）
总β活化度峰值定年原理
• 首先分清概念 • (1)活化度 物质的分子从常态转变为容易发生化学反应的状态时所具 有的活跃程度 (2)总β 又称总β放射性活度 ，反应的是β射线的强度指标 (3)总β测量又称总β放射性活度测量。环境放射性的一种监测方法。 将采集的环境样品（包括沉降物、气溶胶、水或雨（雪）水、土壤或 各种生物样品）按一定程序制成样品源。另取能量与其相近似（例如 选用等量的KCl制作成一致厚度和几何形状）的标准源，以此二者在 同样的几何条件下进行总β放射性相对测量。
• •
3.分析 根据慕士塔格冰芯中氧稳定同位素变化, 整个41.6 m 的冰芯可以划分出48 年。 图2 为该冰芯中氧稳定同位素与总β 活化度随深度变化.第一个表是氧同
位素比率，第二个是总β活化强度
•
冰芯与全球气候
3经典案例—冰芯在研究青藏高原冷暖气候变化中的应用
3.2结果分析
3.2.1反映青藏高原过去百年来温度变化的冰芯δ18O记录 按线性趋势计算，古里雅、唐古拉和达索普3根冰芯的 δ18O记录在过 去100a来分别增加了3 . 1 ‰, 2. 4‰和1.2 ‰ ，而宁金岗桑冰芯则降低了0. 98 ‰。 除了宁金岗桑冰芯变暖趋势不明显外，不管是北部的古里雅冰芯和 唐古拉冰芯，还是南部的达索普冰芯，都反映出有总体变暖的特征，同 时也都反映出1910年左右发生的过去100a来最强烈的变冷。1990年代的 快速增暖趋势在所有冰芯记录中也十分明显。其他冷暖事件在不同的记 录中存在差异，需要进一步的分析确认。
2.2代用指标与气候-环境要素
2.2.1氧同位素与温度
在对南北极冰芯的研究中，氧同位素长期被用来作为温度变化的替代指 标;经过对青藏高原地区冰芯的研究，学者普遍认为这一关系在中低纬度的青 藏高原也同样成立。 大气中的水汽从根本上说来自于海洋。而当水汽从海面上蒸发时，重分 子水不易蒸发，因而造成海洋上空水汽中的重分子含量相对于海洋水为少， 其减少量与温度有关。当大洋上空水汽随气流向内陆上空移动并产生降水时 ，重分子水先凝结，因而越向内陆地区，大气降水中的氢、氧同位素比率逐 渐降低。在中低纬度沿海地区，降水中的氢、氧同位素比率主要与降水量有 关。在极地及大陆内部地区某一具体地点，一般来说不同季节、不同时期降 水中氢、氧同位素比率的大小变化，主要与降水时的气温密切相关。
2冰芯中可获取的气候环境信息
2.2代用指标与气候-环境要素
2.2.2冰芯积累量与降水 冰芯研究中，作为降水指标的是冰川净积累速率。该信息的提取范围 主要限于冰芯上部可以进行年层划分的时段。极地地区净积累速率记录可 达14500多年。冰芯中年层的划分主要依据氧同位素比率、化学成份、微 粒等的季节变化特征来确定。同时，还要依据冰体的流变性质，对所取得 的不同深度的年层厚度加以恢复，以获得其在冰面时的净积累速率。
冰岩心研究与全球变化
德令哈地区年降水和年均温度及其与敦德冰帽δ18O的关系
祁连山敦格冰帽D5孔氧同位素曲线
祁连山敦德冰帽D6孔氧同位素曲线
中纬度冷型冰川的年平均温度与冰岩 心中的δ18O、δD的关系为；
2．格陵兰的冰心记录
新仙女本期存在的过去 20ka的氧同位素记录
3. 南级冰心记录
南极东方冰心记录
a.微粒的体积浓度； b.非海相硫酸盐的含 c.CO2含量； d.δ18O； e.估计的降水率； f.推测的古温度。
包藏在南极西部冰中气体测得的平均二氧化碳浓度 与气体估计的年龄关系图
δD＝（6.04t—51）×1000（‰） δD=（8δ18O＋10）×1000（）
合并后得到：
t=(8δ18O一61)／6.04 温度并不是影响δ18O值变化的惟一因 素，所以用上述公式计算出的温度只是 一个参考气候指标。
温度的波动频率远大于降水的波动频率，即在百年级的气候变化中，温度可以有冷 或暖的多次交替，相比之下，降水持续干或湿的时间要相对长一些，但每一个干湿循环中 的变化幅度却又降水大于温度 。
每一年所形成的冰层，可借助于粉尘含量的季节性 变化、酸度的不同或者同位素含量来区分。
从长的冰心获得的主要记录是水分子的氧同位素组 成 。在某一点水汽凝结的时候，温度每变化1oC，可产 生同位素比值 0.6‰～0. 8‰的偏差，利用采自冰心的冰 样品同位素比值分析，可以得出下雪地点下雪时的温度 。
1．青藏高原冰心研究进展
冰岩心研究与全球变化
冰雪中的δ18O变化可用来计算年累积率，其中的尘 埃微粒浓度与δ18O有明显的相关关系。通过冰岩心的系 统研究，能完整地反映以气温为主的气候变化。
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冰芯中的δ18O与古气候变化信息刘飞*（曲阜师范大学地理与旅游学院，山东省日照市 276826）摘要：冰芯是过去气候变化信息的三大良好载体之一，冰芯中的氧同位素保存了过去连续的温度和降水记录。
本文介绍了氧同位素在恢复古气候研究中的应用原理以及在青藏高原和中国西部高海拔山地冰川研究中的应用。
关键词：冰芯；δ18O；古气候；青藏高原中图分类号：极地冰芯、黄土、深海沉积是过去全球变化的三大良好载体。
为了解全球变化的特征和基本变化规律奠定了基础[1]。
冰芯以其分辨率高、记录时间长、信息量大和保真度高等特点，而成为过去全球变化研究的重要方法之一。
它不但记录着温度、降水、大气环流强度、大气化学、大气成分的变化,而且也记录着影响气候环境变化的各种因子的变化，同时还记录着人类活动对于环境的影响[2]。
目前，青藏高原和中国西部高海拔山地冰川成为中低纬度冰芯研究聚焦的中心，我国在此领域的研究已经取得了丰硕的成果[3~12]。
冰芯中氢氧同位素保存了过去连续的温度记录[13]，对恢复我国西部地区的古气温和降水起到了重要作用[14~22]。
1氧同位素的应用原理氧元素有16O、17O和18O三个同位素，其中以16O为主，17O所占比例很小，甚至可以忽略，18O 的比例为0.2%。
18O属于稳定同位素，其含量比例并不随时间变化。
但是，当水的相态发生转变时，就会影响到氧同位素的含量，所以18O的含量变化自然就和温度联系起来[23]。
Dansgaard在1954年提出，冰芯中δ18O的变化反映了冰盖上空水汽凝结形成冰雪时的气温变化，即成雪时气温越低，18O的含量就越小，因而冰期时形成的冰层中的18O的含量就远小于目前新生成的冰层的含量。
由于温度是影响冰层中δ18O变化的主要因素，所以一年内季节的变化，冰层中δ18O 值也发生变化。
在冰芯中夏季层与冬季层的δ18O值表现出明显的峰谷交替变化，其值相差大约为10。
张小伟等[13]对氢氧同位素在冰芯研究中的应用原理进行了详细解释。
H218O的饱和水汽压要稍低于H216O，这使H216O比其它同位素水分子更易挥发而较难凝结，从而造成水在相变过程中发生同位素分子的分馏。
这样固、液态水中的氢、氧重同位素要比气态水富集些, 而且随温度变化它们的富集程度也跟着变化。
另外, 分子量大的同位素水分子在空气中的扩散速度要比H216O慢些, 这样在水分的蒸发、输送和凝结沉降过程中导致同位素分布的地理差异。
由于这些差异的存在, 使冰雪中*作者简介：刘飞（1980-），男，山东苍山人，博士，主要从事第四纪风尘堆积研究。
E-mail：****************的同位素比值能较好地反映当时温度和降水条件的变化, 从而可以用来恢复局部地区甚至全球的过去温度与过去水汽输送途径的变化。
在同位素分析中, 通常不采用水体中的同位素分子绝对比值表示同位素含量, 而采用相对千分差比值，即δ18O=[ 18O/ 16O(样品)－18O/ 16O(标准)]/[ 18O/ 16O(标准)]×1000‰，其中国际标准海水中平均氧同位素比值R SMOW为18O/16O=2005.2×10-6。
2中国冰芯中的氧同位素研究2.1氧同位素与气温冰川记录中的δ18O作为气温的指标,对反映长期气候变化是可靠的。
姚檀栋等[19]通过对青藏高原古里雅冰芯氧同位素的研究，认为δ18O可以作为气温的替代指标，具有以下关系。
(1)δ18O的季节变化特征与气象站气温变化具有平行的相关关系。
不论是在高原面上的沱沱河气象站，还是在高原北侧的德令哈气象站，气温的变化与δ18O的变化具有很好的对应关系：冬季，气温降低，降水中的δ18O值减小；夏季,气温升高，降水中的δ18O值也增大；(2)降水中的δ18O与气温的这种季节变化的对应关系通过数学模型可以定量地表示出来。
大致是：降水中的δ18O每增大(或减小) 1‰，温度上升(或下降)约1.6℃；或者说，温度每上升(或下降)1℃，降水中的δ18O增大(或减小)约0.6‰；(3)降水中的δ18O与海拔高度的变化具有线性对应关系：即海拔高度上升，降水中的δ18O减小，海拔高度下降，降水中的δ18O增大。
不论是在古里雅冰帽的小范围内，还是整个青藏高原北部，这种关系都是存在的。
因为海拔高度的高低影响着温度的高低，所以，降水中δ18O与海拔高度的关系实际上仍反映了它与温度的关系。
2.2氧同位素与降水冰芯中的积累量是大气降水在冰川上的直接记录。
大量研究证实，冰帽的积累在各类冰川中是最接近实际降水量的[19]。
章新平等[25]研究了古里雅冰芯的降水量和δ18O的关系。
17世纪是一个降水偏少期，它对应δ18O的低值期；18 世纪降水量增加，并有若干明显的多降水时段，该阶段与δ18O 指示的暖期相对应；整个19 世纪是降水偏少期，该阶段与δ18O 的又一个冷期相伴；进入20 世纪，降水量急增，平均降水已超过18 世纪，与此同时，该时期的δ18O也急剧增大。
δ18O与积累量之间良好的对应关系( 相关系数达0. 87，见图1)。
δ18O/‰积累量/mm图1. 古里雅冰芯中δ18O与积累量相关图Figure 1. Correlation between δ18O in the Guliya ice core with ice accumulation这种特征并不是古里雅冰芯所独有的，通过对唐古拉冰芯记录的研究也可看到这种特征，即长时间尺度上,温度上升伴随着降水的增加，温度下降伴随着降水的减少。
研究证明是季风主导了两地温度与水汽变化趋势的根本过程[26]。
在青藏高原从古里雅冰帽到唐古拉冰川的广阔高原面上，影响冰川区降水的主要水汽来源可归结为孟加拉湾水汽来源、阿拉伯海水汽来源和局地对流水汽来源。
这3 种水汽来源都和季风的强弱息息相关。
即气候变暖时，大陆和海面温度上升，海面蒸发加强，向高原的水汽输送加强，高原降水量增加；气候变冷时，大陆和海面温度下降，海面蒸发减弱，向高原的水汽输送也相对减弱，高原降水量减少。
古里雅冰帽和唐古拉冰川虽然水汽供应来源不同，但这些水汽来源直接受季风的控制。
即便是局地对流云水汽来源，也是在气候变暖时，因对流加强降水增加，反之，则降水减少。
因此，我们就不难理解，为什么古里雅冰芯和唐古拉冰芯中的降水与温度变化都有极好的对应关系，且这两冰芯中的气候变化趋势相互又有很好的对应关系。
3结语由于降水的形成和冰雪成冰作用是一个复杂的过程, 极地冰雪中的18O/16O变化不仅要受到温度的影响,还受到水汽来源、降水的季节变化、火山喷发、太阳周期性活动的影响，同时还受到降水的区域不平衡性、逆温层、年际降水分布的不均衡性、雪层中同位素的再迁移、冰川流动作用等的干扰, 使得用冰雪氢、氧同位素恢复气候的工作变得更为复杂化[13]。
随着冰芯中新的研究方向的不断崛起和新技术的应用，给冰芯研究充满了活力。
在冰芯中还存在着许多未被认识和研究的气候环境等信息，冰芯的未来研究内容还具有广阔的空间。
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