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中科院广州地化所:喜马拉雅山脉大气独特的同位素“指纹”

放射性同位素 放射性核素 同位素指纹
发布:2021-03-22 14:17:49     来源:中国科学杂志社

中科院广州地化所林莽研究员等通过对宇生放射性硫同位素进行高精度观测,在喜马拉雅山脉发现强烈的平流层大气信号,相关成果以“Isotopic signatures of stratospheric air at the Himalayas and beyond”为题,在Science Bulletin2021年第4期Short Communication栏目发表。

 
2016年珠穆朗玛峰地区科学考察(摄影:林莽)

平流层的臭氧层能够吸收太阳光中的高能紫外线,从而保护地球上的生命得以生存繁衍。但当这些具有强氧化性的高浓度臭氧传输到对流层,会显著改变对流层的大气成分和化学过程,从而进一步影响地球近地面大气和表生环境的物质和能量平衡。青藏高原是地球上最高最大的高原,其隆起的地形深刻改变了地球的大气环流,近年的气象分析和模拟研究认为,喜马拉雅山脉地区是全球最重要的平流层气团入侵对流层通道之一,但学界仍缺乏足够的观测证据评估其强度以及对青藏高原和周边地区大气与表生环境的影响。

最近,中国科学院广州地球化学研究所林莽研究员联同中美科学家,通过对放射性硫同位素(35S, 硫35)进行高精度观测,在喜马拉雅山脉发现了强烈的平流层大气信号。2021年2月26日,此项研究成果以“Isotopic signatures of stratospheric air at the Himalayas and beyond”为题发表Science Bulletin。林莽研究员为第一作者和通讯作者,其他共同作者包括中国科学院西北生态环境资源研究院康世昌研究员和王坤博士生,西华师范大学李友平教授和范忠雨硕士生,加州大学圣地亚哥分校Mark Thiemens教授。

硫35是高能宇宙射线轰击地球大气所产生的放射性核素(半衰期约为87天),其放射能量很弱,在自然环境中的浓度很低,因此不会对生命造成损伤。考虑到硫35在高层大气的产率是近地面大气的10倍以上,若能在近地面观测到相对高浓度的硫35,该现象可作为平流层气团入侵对流层的独特同位素“指纹”。近年,林莽研究员系统地开发和改进了多种自然样品的硫35分析方法,实现了其高精度高敏度观测。

在该研究中,研究团队使用最新建立的分析方法,发现珠穆朗玛峰和处于其下风向的中国西南部的大气硫酸盐硫35浓度比其他中纬度地区要高,证实喜马拉雅山脉的平流层气团入侵事件在春季频繁发生,且其影响比我们之前所想要大。另外,研究团队也发现中国西南部硫酸盐气溶胶中的氧17异常明显大于中国东部,且与硫35呈正相关关系,表明了硫酸盐氧17异常变化可能与气团来源高度相关。研究人员提出,硫酸盐17异常和其他半衰期较长的宇生核素的长期变化若能在合适的自然样品中被保存下来,有机会为青藏高原古大气和古高度的重建提供全新的地球化学指标。

该研究工作得到了中科院 “从0到1”原始创新项目(ZDBS-LY-DQC035)、中科院战略性先导科技专项(XDA20040501)以及国家自然科学基金(42021002,41630754, 41721091)的资助。

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