【把单原子抓进“阱”里给冰芯测年龄】青藏高原海拔5900米处钻取的109米冰芯,遇上一种基于量子精密测量的新的定年方法,会碰撞出怎样的火花?

近日,中国科学技术大学(以下简称中国科大)教授卢征天、蒋蔚带领的单原子探测团队与云南大学(以下简称云大)研究员田立德带领的冰川学团队合作,在美国《国家科学院院刊》发表研究成果https://t.cn/A6oZAdHR。团队在国际上首次对冰芯进行了氩-39同位素定年测量,为青藏高原羌塘冰川冰芯建立了上千年的精准年代标尺。

图:科考队在青藏高原羌塘冰川钻取冰芯。极地未来供图

大气环境的“独特档案”

所谓冰芯,就是以打钻方式从冰川内部取得的芯。一般而言,冰芯从底部越向上年代越新。

“这些冰芯记录了多种气候环境变化指标,通常分为三大类:第一类是冰本身,水分子中氢、氧同位素比例可以反映温度变化;第二类是冰芯中的大气成分和含量,如二氧化碳、甲烷等温室气体,它们可以揭示大气成分变化的过程。”田立德介绍道,第三类是冰芯中含有的各类杂质,比如肉眼可见的尘土,可以推断出当时沙尘暴活动较多;还有实验室仪器检测出的各种化学成分,可以提供自然活动和人类活动的相关信息。

因此,冰芯堪称保存大气环境的“独特档案”,掌握冰芯准确的年代信息是解码“档案”的第一步。而我国青藏高原被誉为世界第三极,是中低纬度古气候研究的宝库。

“不同于南极北极,青藏高原积累雪量大,冰芯分辨率更高。其所处纬度人类聚居,活动轨迹多,冰芯记录的历史与人类生存环境息息相关。”田立德说,这使青藏高原冰芯研究工作显得尤为重要,也正因为如此,青藏高原吸引了来自世界各地的科学家,成为国际冰芯研究的“角逐场”。

2014年5月,田立德与同事在海拔5900米的青藏高原“羌塘一号”冰川顶部连续奋战十多个通宵(白天温度高,融化的冰屑容易将钻机卡住),成功钻取了两根长达109米的透底冰芯,并常年保存在-17℃的云大冷库里。

这两根冰芯是什么年代的、包含了哪些信息、如何解码这份来之不易的“档案”等,是田立德团队面对的课题。而中国科大卢征天团队正好拥有打开这份“档案”的“钥匙”。

把氩-39抓进原子“阱”里

大气中有三种稀有的放射性气体同位素,分别是氪-85、氩-39、氪-81。早在1969年,瑞士地球科学家Hans Oeschger和Hugo Loosli就提出了氩-39等是山地冰川的理想定年同位素。

然而,检测它们极为困难。“氩-39同位素丰度极低,可低至十亿亿分之一。并且这些原子混合在比它多17个数量级的氩原子里。”卢征天说,这种检测难度就好比在海滩上找到一粒特别的沙子。因此,近半个世纪以来,冰芯中氩-39的定量分析一直是个难题。

此次研究中,卢征天团队采用了“原子阱痕量分析(ATTA)”的方法。该方法是卢征天早年在美国阿贡国家实验室工作时发明的。其原理是使用精确控制的激光来操纵氩-39原子,把它们捕捉到由六束激光构成的“原子阱”中。原子在阱中会发出荧光,用灵敏的EMCCD相机探测到单个的氩-39原子,并一个一个“数”出来。

氩-39的半衰期为268年,它可以对1800年前到50年前的环境样品定年。

卢征天以1公斤的现代冰为例。“它里面大概有1万个氩-39原子。经过一个半衰期以后,氩-39原子数量就会减少一半,变成5000个;再过一个半衰期,就会再减少一半,变成2500个。随着时间的推移,氩-39原子数量会越来越少。因此冰芯里氩-39的丰度可以告诉我们冰形成的时间,也就是它的年龄。”

那么,问题来了。保存在云大冷库的109米、约700公斤的冰芯,如何运到中国科大实验室做研究?

“当时,我的同事Florian Ritterbusch博士带着像高压锅的装置去云大田立德老师实验室,取出冰芯里面的气体并带回中国科大。”蒋蔚说,这是冰芯定年的第一步。

为什么要叫它“高压锅”呢?“因为它的密封性能好,此外我们真的在锅底下点火,将冰融化,取出气体。”蒋蔚笑着说,“你别小看这口‘高压锅’,为了取样,它去过青藏高原、上海、法国巴黎和韩国首尔。”

第二步是提纯。蒋蔚解释说:“因为取回的气体里有各种各样的化学成分,需要先把其他气体反应掉,只留下氩气。”

最后把分离出的氩气放到原子阱痕量分析仪器里,测量氩-39同位素的丰度,算出样品年龄。

在这项研究中,中国科大和云大团队利用氩-39定年法,最终获得了整根冰芯的年龄分布,其底部的年龄达到了1300年。

“最新合作成果首次证实了氩-39在千年冰芯绝对定年研究中的巨大潜力。”田立德说,氩-39定年技术还可用于青藏高原其他冰芯的定年,解决地球科学家多年无法攻克的冰芯绝对定年难题。

计划建立面向全球的同位素检测中心

在中国科大激光痕量探测与精密测量实验室,原子阱痕量分析仪器的光学平台上摆满了各种各样的光学元件,令人眼花缭乱。

蒋蔚介绍:“这些光学元件都有固定位置,并非随便摆放。学生们花了几个月时间安装调试,使得复杂光路产生用来抓捕和探测氩-39原子的特定频率激光。”

而且,最新仪器的效率也大大提高。“2010年,我们在美国用自然丰度的氩气做过一个实验,当时5个小时才能看到1个氩-39原子。” 卢征天说,现在在中国科大,用最新的仪器测量同样丰度的氩气,每小时可以探测到10个氩-39原子,计数率比当时提高了约50倍。

这项研究中,科研人员还将氩-39定年结果与基于数年层法构建的冰芯年代标尺作了比对,对其进行修正,约束了冰川流动模型,最终建立了基于氩-39结果的新冰芯年标。

“这篇文章将会引起冰芯科学家、古气候学家以及放射性同位素定年专家的广泛兴趣。”另一位审稿专家如是说。

卢征天、蒋蔚团队长期以来致力于发展氪-81、氩-39等稀有气体同位素的超灵敏检测技术,使其真正应用于前沿地球科学研究。尖端的测量技术吸引了国内外科学家开展合作,在地下水、冰川和海洋等研究领域取得了一系列进展,显示了新技术对创新性研究的推动作用。

卢征天表示:“下一步,团队将继续发展原子阱痕量分析仪器,提高各项指标性能,让它成为地球科学领域不可缺少的工具。另一方面,团队计划在合肥建立一个面向国际的同位素检测中心,与来自全球的研究小组开展合作,希望能助力我国地球科学家取得重大的原创性成果,在国际合作中起到主导作用。”https://t.cn/A6o5FG1I

【马达加斯加动物园爆发动物间结核病 → https://t.cn/A6oth9k2】在马达加斯加的一家动物园内爆发的结核病,已经导致了一些濒危灵长类动物的死亡,其中包括几种从未感染过结核病的狐猴。马达加斯加灵长类动物学家Jonah Ratsimbazafy表示,这座圈养着数百只动物的动物园应该立即关闭,而目前仍对游客开放。

【马达加斯加动物园爆发动物间结核病 → https://t.cn/A6oth9k2】在马达加斯加的一家动物园内爆发的结核病,已经导致了一些濒危灵长类动物的死亡,其中包括几种从未感染过结核病的狐猴。马达加斯加灵长类动物学家Jonah Ratsimbazafy表示,这座圈养着数百只动物的动物园应该立即关闭,而目前仍对游客开放。


发布     👍 0 举报 写留言 🖊   
✋热门推荐
  • 」(2)背包 「无论如何都想GET!」(4)亚克力挂件(金/银/Logo 3种)「去哪儿都想带着它!
  • 我至今纳闷的是像我这样一个热爱运动的girl(不许笑)三十加,最近也没喝酒,作息规律,怎么就免疫力低下了呢[苦涩]我觉得HPV和新冠都要为此背锅。所以在预防带状
  • 2月22日上午进行的9-16名排位赛中,云南足协6-1战胜甘肃足协,李书函上演帽子戏法。2月22日下午进行的8进4比赛中,广东足协6-0战胜辽宁足协,依斯拉木·
  • 揣着一口袋得开心??,满载而归白得花胜似绿得叶,浓得酒不如淡得茶——《繁星·春水》 冰心我看我平时大大咧咧得,怎么喜欢我却不好意思说 ??为了记住我得笑容,
  • #九尾XXZ[超话]##最想一起跨年的电竞选手# 我想对九尾说:“喜欢你,从来就不是一件丢人的事,是我觉得很幸运的事,没有冠军怎么了,明年一定会有,亚军也从来不
  • {须菩提,汝勿谓如来作是念‘我当有所说法’,莫作是念!何以故? 若人言如来有所说法,即为谤佛,不能解我所说故。}  好,下面这里,须菩提呀:你千万不要说,
  • 跟爸爸妈妈说了想要一笔旅游基金 然后他们都没怎么考虑就发过来了不知道怎么说 就是真的很感动很感动我有这么好又这么开明的爸爸妈妈我一直笑说自己是脱缰的野马 但其实
  • 处女座如果说处女座是不是自私的人,可以说完全不是,一个处女座对感情认真的程度,是很多人难以想象的,他们也会对自己的爱人付出很多。有的人觉得双子座连感情都是依心情
  • 他说没有区别,我说大唐无一人知道,佛道名异而意同,我说西安,终南山,飞鹤,孙悟空,佛经,仙山,都是外求,不是取经,就是寻找灵山,从不返观内照,正心修德,我说这些
  • 这年,第一任城南的大叔也许还没有上完学;第二任的同学也不知在哪个角落;第三任还在海边晒着太阳;至于其他后面的连襟们有的在一起读书,有的在经历金融危机,有的还在东
  • 一个优秀的心理咨询师,能根据一个人的言行表现,清楚地看见决定这个人行为模式的大脑回路,引导这个人去认识这些回路,不仅看见这些套路的由来,也去看见这些“套路”对自
  • 但是,当张先生提出想和梦中情人见面时,却一而再再而三的遭到拒绝,张先生引起警觉,开始怀疑自己被诈骗了,于是到高平公安报案。但是,当张先生提出想和梦中情人见面时,
  • 你的眼睛告诉我,你会矢志不渝地在舞台上歌唱;我的心也告诉我,我会永远爱你永远支持你。好在她穿越过来的时候,男女主才刚刚遇见,这一回,她打定主意要教大佬谈恋爱,早
  • 圆滚滚的样子真的很萌呢[太开心]用油画棒画上眼睛、耳朵和鼻子,一只熊猫就完成了[打call]图片源于天猫-时**星用户,仅供樱宝们欣赏哦[彩虹屁]今年我觉得是一
  • #肖战[超话]#三月的開始也是希望你順順利利[爱你] 二月是xfx歡樂的月份 而這次米蘭之行 在國外受到的禮遇確實會令某些人咬牙切齒 令內娛裝聾作啞 最不願看到
  • ”梅洛尼重申:“我们不会阻碍对遇难者的营救,但我们不会让船只在海上停留数天。不过,皮安特多西认为,“(对自己家乡)绝望永远不能成为危及孩子生命的旅行条件理由”这
  • 190301 OfficialMonstaX 官推更新[#SHOWNU#] 元虎啊是你生日呢但是因为身体状态有点不好所以一些遗憾 但是今天和MONBEBE们一起
  • 适当的吃些东西可以缓解手术前的紧张感,并且通常不会对手术产生影响,但是要注意不能吃辛辣的食物,同时要注意术后的护理。但注意要选择柔和的不刺激的刷毛哦!
  • 1月抢到了林俊杰厦门站2人份内场,绝对是我的人生高光时刻[亲亲]祝我明年也有好的手速和好运能抢到四字弟弟的个唱!我的五一没了 街舞都3了哈哈哈哈哈哈 不知道易
  • 2023年3月1日如同往常一样,阳光明媚的中午最适合美美的睡一觉了,我们各自躺在床上抱着手机,刷了一会儿就感觉困了,就放下手机,缩在他的怀里睡着了,不知过了多久