研究提供了地球上最后11000个夏季和冬季的最详细的一瞥

通过分析南极冰芯，科罗拉多大学博尔德分校的科学家和一个国际合作团队揭示了迄今为止对地球近期气候历史的最详细观察，包括可追溯到11,000 年前所谓的全新世开始的夏季和冬季温度。

该研究今天发表在《自然》杂志上，是世界上第一个此类季节性温度记录。

“研究团队的目标是突破过去气候解释的可能性界限，对我们来说，这意味着试图在最短的时间尺度上了解气候，在这种情况下是季节性的，从夏季到冬季，逐年, 几千年来，”该研究的主要作者，北极和高山研究所(INSTAAR)助理研究教授兼研究员泰勒·琼斯说。

该研究还验证了一个长期存在的地球气候理论的一个方面，该理论以前尚未得到证实：极地地区的季节性温度如何响应米兰科维奇循环。一个世纪前，塞尔维亚科学家 Milutin Milankovitch 假设地球相对于太阳的位置变化的集体效应——由于其轨道和轴的缓慢变化——是地球长期气候的强大驱动力，包括冰的开始和结束年龄(在人类对气候产生任何重大影响之前)。

Kurt Cuffey 说：“我特别兴奋的是，我们的结果证实了用于解释地球冰河时代气候周期的理论的一个基本预测：阳光的强度控制着极地地区夏季的温度，从而也控制着冰的融化。” ，该研究的合著者和加州大学伯克利分校的教授。

这些关于过去长期气候模式的更详细的数据也为其他科学家提供了重要的基线，他们研究人为温室气体排放对我们现在和未来气候的影响。通过了解哪些行星周期自然发生以及原因，研究人员可以更好地确定人类对气候变化的影响及其对全球温度的影响。

琼斯说：“这项研究与人类真正相关，因为我们通过不断变化的季节部分地体验了这个世界——记录夏季和冬季温度如何随时间变化转化为我们对气候的理解。”

传播中更精细的定义

世界各地的科学家长期以来一直使用从两极收集的冰芯研究地球过去的气候。这些细长的圆柱形冰柱从古老的冰盖(主要在南极洲和格陵兰)中钻取，提供了宝贵的长期数据，这些数据被及时捕获，涉及从过去的大气温室气体浓度到过去的空气和海洋温度等一切事物。

西南极冰盖 (WAIS) 分水岭冰芯是研究人员钻探过的最长冰芯，长 11,171 英尺(或超过 2 英里)，直径 4.8 英寸，包含 68,000 年前的数据。然后像这样的冰芯被小心地切成更小的部分，这些部分可以安全地运输到全国各地的冰芯实验室进行储存或分析——比如CU Boulder 的稳定同位素实验室。

在这项研究中，研究人员分析了来自 WAIS 冰芯的水同位素比的连续记录。这些同位素(质子数相同但中子数不同的元素)浓度之间的比率揭示了有关过去温度和大气环流的数据，包括地球过去冰河时代和温暖时期之间的转变。

然而，由于较短的时间尺度需要精细的细节，因此从冰芯测量我们星球历史上的季节性变化特别困难。冰盖内的一个过程称为扩散或自然平滑，可以模糊这个所需的细节。

这些水同位素往往不会停留在冰盖上部的一个地方，而是在相互关联的路径中四处移动(类似于聚苯乙烯泡沫塑料中的气穴)，因为它们会在几十年或几个世纪的时间里在蒸汽和冰之间改变状态，然后才会充分凝固。这个过程可能会“模糊”研究人员试图检查的数据。但是，通过使用来自南极西部冰盖的高质量冰芯、超高分辨率测量和过去 15 年冰芯分析的进步，该团队能够纠正数据中存在的扩散并完成研究.

“除此之外，我们还必须完全开发新方法来处理这些数据，因为以前从未有人见过它。我们必须超越过去任何人所做的事情，”琼斯说。

研究稳定同位素

虽然这项研究详细介绍了地球气候的历史，但其背后的工作也有其自身的历史。

三十多年来，INSTAAR 稳定同位素实验室的研究人员一直在研究各种稳定同位素——具有独特分子特征的非放射性原子形式——从冰芯内部和永久冻土中的碳到大气中的空气，随处可见。Jones 于 2007 年作为硕士生加入该实验室，此后从未离开过。

“我对大约在 2013 年走进我的顾问 Jim White 的办公室有着清晰的记忆，并向他展示我们能够在过去 11,000 年的记录中提取夏季和冬季的值——这非常罕见。据我们了解，以前从未有人这样做过，”琼斯说。“我们看着对方说，‘哇，这将是一件大事。’”

然后花了将近十年的时间才找到解释数据的正确方法，这些数据来自在那次会议之前多年钻探的冰芯。

该项目的合著者兼首席科学家、稳定同位素实验室经理布鲁斯·沃恩 (Bruce Vaughn) 和该研究的合著者、INSTAAR 和地质学系的助理教授布拉德利·马克尔 (Bradley Markle) 在那里收集冰块被运回并进行分析的西南极洲。

该团队的下一步是尝试解释其他地方的高分辨率冰芯——例如南极和格陵兰岛东北部，那里已经钻取了冰芯——以更好地了解我们星球的气候变化。

琼斯说：“人类对世界如何运作以及过去发生的事情有着基本的好奇心，因为这也可以让我们了解未来可能发生的事情。”