上海交大侯书贵团队发文重构青藏高原冰芯年代框架

近日，上海交通大学海洋学院侯书贵特聘教授领衔的国际合作团队在Science Advances发表题为“A radiometric timescale challenges the chronology of the iconic 1992 Guliya ice core”的研究论文。侯书贵教授为论文唯一第一作者兼通讯作者，合作者包括中国科学技术大学卢征天教授和蒋蔚教授团队、瑞士保罗谢勒研究所Margit Schwikowski教授和Theo Jenk博士、南京大学庞洪喜教授和张王滨工程师等、美国戴顿大学吴霜叶教授，以及上海交通大学海洋学院Michael Bender院士和胡焕婷副研究员。该研究通过多种先进的放射性同位素绝对定年技术（²¹⁰Pb、³⁹Ar、¹⁴C）对2021年古里雅冰芯（GP2021）进行系统分析，证实在175米深处冰层年龄为2700年，而经典的1992年古里雅冰芯（GP1992）同层位冰龄曾被认为是10万年。这一发现质疑了GP1992冰芯底部达 76万年、是全球第二古老冰芯的传统认知，为解决青藏高原冰芯定年争议提供了决定性证据（图1）。

图1. 青藏高原古里雅GP2021冰芯的深度-年龄曲线图及与GP1992/GP2015冰芯同深度的年龄对比。GP2021冰芯年龄由²¹⁰Pb、³⁹Ar、¹⁴C放射性同位素定年及冰川流动模型确定。

青藏高原冰芯是世界第三极独特的气候档案，但其定年是长期悬而未决的科学难题。由于青藏高原冰川底部的减薄效应及季节性融化等沉积后作用的影响，传统层位计数法在百米深度后误差剧增。GP1992使用³⁶Cl衰变定年，但冰芯底部氯离子流失（GP1992底部Cl⁻减少90%）导致其放射性年龄失准。再者，GP1992的76万年年代框架与邻近冰芯（如崇测冰芯约9000年）及全球气候记录不符（图2），近年来引发学界的持续关切。

图2. 青藏高原古里雅冰芯钻取点及其他青藏高原冰芯年龄。

本研究基于2021年新钻取的175 m古里雅冰芯（未透底），利用四种同位素定年手段交叉验证，突破青藏高原冰芯定年瓶颈。其中，绝对定年手段利用最先进的冰芯包裹气体³⁹Ar放射性同位素原子阱痕量分析方法（ATTA），精确锚定100-1800年区间的冰芯年龄。同时，结合²¹⁰Pb和水溶性有机碳的¹⁴C年龄及冰川流动模型，确认GP2021冰芯在深度175 m的年龄不超过3000年（约2700年），而经典的1992年古里雅冰芯（GP1992）同层位冰层年龄曾被认为是10万年（图1）。本研究进一步使用相对定年指标冰芯包裹氧气同位素（δ¹⁸O_atm）对年代框架进行独立验证：GP2021的δ¹⁸O_atm值与过去3000年全球记录一致，未检测到末次冰盛期特征信号（图3），排除“万年老冰”可能。

图3. 冰芯包裹氧气同位素（δ¹⁸O_atm）与全球古大气记录匹配，验证GP2021不超过3000年。

通过将GP2021与GP1992、GP2015冰芯水的氧同位素（δ¹⁸O_ice）相比对，发现三支冰芯δ¹⁸O_ice的高度一致性（图4），即三支相邻冰芯的年龄应该是一致的，进一步说明GP1992和GP2015的原始年龄有误。新的年代框架也挑战了许多青藏高原古气候演化的传统认知，如GP1992中的“末次冰期百次快速变暖事件”实为晚全新世气候震荡，与青藏高原崇测、普若岗日冰芯记录相吻合。此外，本文指出，青藏高原冰芯的δ¹⁸O_ice值不仅受温度控制，还受到印度夏季季风和西风带变动的共同影响。

图4. GP2021与GP1992、GP2015的δ¹⁸O_ice相比对，证明三支冰芯的高度一致性。

本研究利用多种放射性同位素定年方法创新性地解决了困扰青藏高原冰芯研究多年的定年难题，新的GP2021年代框架对于重新认识青藏高原气候变化具有开拓性意义，对于解决GP1992老年代框架下的青藏高原气候记录矛盾至关重要。

本研究得到国家自然科学基金、科技部重点研发计划、及量子科学与技术创新项目的共同资助。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adx8837

作者： 海洋学院 供稿单位： 海洋学院