應(yīng)用案例

Picarro L2130-i（穩(wěn)定水同位素和積雪對(duì)威德爾海板塊大規(guī)模大氣環(huán)流變化的影響）

發(fā)表時(shí)間：2024-04-17

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研究背景

Research Background

為了了解南極洲威德爾海區(qū)（WSS）莫勒冰流（MIS）盆地上游地區(qū)的穩(wěn)定同位素和積雪累積時(shí)間序列，并調(diào)查該地區(qū)最淺的冰蓋層中儲(chǔ)存了多少氣候信號(hào)（21世紀(jì)），將同位素（δ¹⁸O、δD和D-excess）和兩個(gè)淺冰芯（均為?9m深）的積雪積累數(shù)據(jù)與冰川學(xué)信息、當(dāng)?shù)睾蛥^(qū)域氣象數(shù)據(jù)（ERA5和AWS）、大規(guī)模大氣指數(shù)（如SAM和ENSO）和阿蒙森低壓（ASL）進(jìn)行了交叉研究。其中同位素記錄約16年（1999年至2015年），積雪數(shù)據(jù)記錄約20年（1999至2018年）。我們對(duì)年平均穩(wěn)定同位素組成時(shí)間序列，以評(píng)估其氣候意義。此外我們還綜合了因風(fēng)和高溫驅(qū)動(dòng)形成的沉積后造成積雪不同梯度對(duì)同位素組成的影響，以及地形對(duì)同位素組成和累積記錄的影響。這項(xiàng)研究有助于了解WSS內(nèi)陸地區(qū)的穩(wěn)定水同位素組成和積雪積累記錄。

一些研究表明，同位素比率可能因降水季節(jié)性和間歇性以及極端降水事件而有所偏差。南極環(huán)境是地球氣候系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵區(qū)域，因?yàn)樗粩嗯c其他陸地成分交換水和能量，接收來自世界各地的一系列氣溶膠，并整合碳生物地球化學(xué)循環(huán)。由于其在氣候系統(tǒng)中的作用，了解不同空間和時(shí)間尺度上的南極氣候變化對(duì)于減少全球、半球和區(qū)域尺度上長期氣候預(yù)測(cè)的不確定性以及更好地預(yù)測(cè)南極冰凍圈的未來至關(guān)重要。

研究方法

Research Methodology

研究區(qū)域

位于MIS流域集水區(qū)（北緯84°，西經(jīng)79°30'W；海拔1276 m），靠近基礎(chǔ)冰流盆地（FIS盆地）邊界，距離南極約650 km。該盆地位于Ronne海灣地區(qū)——這些水從冰川和冰流排出，流入菲爾什內(nèi)爾-羅尼冰架。

*采樣點(diǎn)位詳細(xì)信息：位置、鉆孔日期、周期、巖冰芯的覆蓋和深度、本工作中使用的樣品數(shù)量、樣品分辨率、平均密度和10℃時(shí)的鉆孔溫度。

樣品采集（冰芯和冰川雪）

冰芯取自Criosfera 1 AWS以東約70m處（南83°59'59.1''，西79°29'19.3''），采用快速機(jī)電輕型190取芯系統(tǒng)，該系統(tǒng)在無需挖溝的情況下進(jìn)行單孔鉆孔。在實(shí)驗(yàn)室天平秤（Ohaus®；精度：0.01g）上稱量兩塊冰芯，然后使用巖芯直徑、長度和重量測(cè)量值確定密度。

樣品分析

*每個(gè)冰芯（TT01和CR1）分析中應(yīng)用的技術(shù)和分析的化學(xué)參數(shù)

穩(wěn)定水同位素分析使用兩臺(tái)Picarro L2130-i進(jìn)行測(cè)量，一臺(tái)與Combi PAL自動(dòng)采樣器（CTC Analytics AG，瑞士）聯(lián)用，另一個(gè)與Picarro自動(dòng)采樣器聯(lián)用。根據(jù)以下公式，所有氫和氧同位素比率結(jié)果均表示為δ-符號(hào)，即樣品同位素比率（R=D/H或¹⁸O/¹⁶O）相對(duì)于V-SMOW（維也納標(biāo)準(zhǔn)平均海水）參考標(biāo)準(zhǔn)比率的每千分之一（&permil;）偏差：

為了校正記憶效應(yīng)和儀器漂移，每個(gè)樣本測(cè)試八針，忽略前五次結(jié)果，取最后三針的平均值。最后，使用三個(gè)二級(jí)水實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建的線性回歸曲線對(duì)平均原始穩(wěn)定同位素比率數(shù)據(jù)集進(jìn)行校準(zhǔn)。d-excess：d=δd–8×δ¹⁸O。δD和δ¹⁸O的測(cè)量精度優(yōu)于0.9&permil;和0.2&permil;。這導(dǎo)致d-excess的誤差約為1.7&permil;。

*Criosfera 1現(xiàn)場(chǎng)采集的每個(gè)冰芯的同位素含量（δ¹⁸O、δD和D-excess）的平均值（和標(biāo)準(zhǔn)偏差）、最小值和最大值。

*（a）TT01冰芯和（b）CR1冰芯的穩(wěn)定水同位素（δ¹⁸O、δD和d-excess）、密度和地層剖面。所有同位素時(shí)間序列通過運(yùn)行平均值每3個(gè)點(diǎn)平滑一次。

研究結(jié)論

Research Conclusions

結(jié)果表明，穩(wěn)定水同位素比率和積雪積累都受到MIS盆地內(nèi)陸大尺度氣候變化模式（SAM、ENSO和可能的PSA）和天氣尺度事件（EPE和SWE）的強(qiáng)烈影響。此外，同位素測(cè)試結(jié)果提供了很多有價(jià)值的信息，可以幫助了解WSS流域尺度上的質(zhì)量平衡，由于更濕和更暖的氣團(tuán)入侵而導(dǎo)致的EPE增加，這也導(dǎo)致積雪累積的主要驅(qū)動(dòng)因素發(fā)生變化。對(duì)其他冰芯地區(qū)的堆積重建的解釋具有重要意義。

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