南极、北极、第三极山地冰芯记录的气候环境变化

第三极山地冰芯记录的气候环境变化

在冰芯科学研究之初，大家普遍认为中低纬度山地冰川上较强烈的消融会使其粒雪层中各种气候环境指标的季节性变化信号受到严重影响，不适合于开展冰芯研究。20 世纪 70 年代中后期，美国 Thompson 等对秘鲁热带奎尔卡亚（Quelccaya）冰帽开展了考察与冰芯钻取工作，结果发现其粒雪层中 δ¹⁸O 等参数具有显著的季节性变化信号，并以此建立了近 1 500 年的气候变化记录。从此，在全球范围内掀起了山地冰芯研究的热潮。第三极地区是中低纬度山地冰川的主要分布区域，该区域山地冰芯研究备受关注。

我国冰芯研究开始于 20 世纪 80 年代中后期，并已在第三极地区钻取了敦德、古里雅、达索普、东绒布、马兰、普若岗日、崇测、慕士塔格等大量冰芯；同时，开展了第三极地区降水中 δ¹⁸O 气候指示意义的系统研究，据此重建了第三极地区末次间冰期以来的气候环境变化过程。

末次间冰期以来的气候变化

古里雅冰芯是第三极地区记录时间尺度最长的冰芯。该冰芯中 δ¹⁸O 记录反映了距今 12.5 万年以来的温度变化存在显著的 2 万年和 4 万年周期，并且与北半球 60°N 太阳辐射变化呈现一致的变化趋势。根据青藏高原地区降水中 δ¹⁸O 与温度的关系，揭示出古里雅冰芯记录的末次间冰期最暖时的气温比现代高约 5°C。古里雅冰芯中 δ¹⁸O 值在距今 5.8万—3.2 万年高于现代，这表明那个时期的气候已达到间冰期的程度。末次冰期时的最低气温出现在距今 2.3 万年，较现代低约 10°C；距今 1.5 万年之后气温逐步回升，新仙女木事件时期气温突然降低，距今约 1.05 万年气温又开始回升，之后进入全新世。距今 7 000—6 000 年是古里雅冰芯记录的全新世最暖期。对青藏高原多个冰芯记录的综合分析表明，过去 1 000 年中最初的 300 年青藏高原地区是由温暖气候主导的，而这一时期正值欧洲的中世纪暖期。同时发现，青藏高原地区小冰期（15—19 世纪）时的气温并不是近 1 000 年来最冷的时期（最冷时期发生在 13 世纪后期），20 世纪的升温是过去 1 000 年中最强的。

印度季风降水量变化

冰芯净积累量是降水量的代用指标。位于喜马拉雅山中段的达索普冰川，夏季受印度季风的影响，因此其净积累量变化可以反映印度季风的变化。达索普冰芯近 400 年来的净积累量记录表明，该地区降水量在 17 世纪初期开始波动性增加，1650—1670 年降水量明显偏高，随后降水量逐渐降低，在整个 18 世纪降水量偏低。1820—1920 年是降水量最丰富的时期，此后降水量一直持续减少，这反映了近百年来印度季风的减弱趋势。

大气甲烷浓度变化

利用达索普冰芯首次获得了近 2 000 年来中低纬度大气 CH₄ 浓度的变化信息。结果表明，工业革命以前大气中 CH₄ 浓度平均为 825 nL/L，比同期南极和格陵兰冰芯记录的大气中 CH₄ 浓度分别高出约 160 nL/L 和120 nL/L，从而有力地证实了热带湿地是大气 CH₄ 的重要源区。达索普冰芯记录的大气中 CH₄ 浓度从 1850 年开始急剧上升，在过去 150 年内增加了 1.4 倍，这反映了人类活动对大气中 CH₄ 浓度的影响。

冰芯微生物与环境

近年来，第三极冰芯微生物研究也取得了长足进展。通过第三极不同区域冰芯中微生物记录的研究，揭示出冰芯中微生物数量变化与粉尘含量变化之间存在正相关关系，并且发现降水量较高地区的冰芯中微生物多样性较高，而降水量偏少地区的冰芯中微生物多样性较低。最近，从青藏高原古里雅冰芯中冰龄约 520 年和 1.5 万年的 2 个样品中发现了 33 组病毒种群的遗传信息，并且 28 组是全新的。由于第三极冰川距离人类活动区域较近，应关注这一区域冰川微生物与环境及人类之间关系的研究。