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在青藏高原的“冰芯”中找“火”
2018-05-11      

一. 火和人类社会

  火,是自然界中最廣泛存在的現象之一。《說文解字》上說:火,燬也,意思是火可以燒毀一切東西。火的應用,在人類文明發展史上有極其重要的意義。從100多萬年前的元謀人開始,人類就逐漸學會了掌握利用自然火。

原始人用火,圖片來源于網絡 

  我們的祖先燧人氏發明了鑽木取火,結束了遠古人類茹毛飲血的曆史,並開啓了華夏文明。自此,火與人類文明的發展結下了不解之緣。

燧人氏鑽木取火,圖片來源于網絡

二. 火的主要体现和研究手段

  火的具體體現是生物質燃燒,包括森林火災、草原火災、農作物殘余燃燒、薪材使用等多種方式。

我國雲南省發生的森林火災,圖片來源于網絡

  爲了盡量減小損失,人們需要對火的發生、發展、變化規律和演化曆史方面等開展研究。20世紀90年代以來,人類已經發射了多顆衛星用于火的研究。

美國航空航天局提供的2018年4月22日至28日全球火的發生情況  

  然而,要了解更長時間尺度上火的發展演化就需要借助其他的資料。燃燒産生的一些成分,包括炭屑顆粒、煙塵氣溶膠等就成爲人們關注的焦點。來自泥炭地、湖泊和海洋等沈積物中的炭屑顆粒在全球廣泛分布,且其含量能夠很好的反映火的曆史變化。

沈積物剖面及其中包含的炭屑顆粒

  由于炭屑顆粒粒徑較粗,難以進行長距離傳輸,通常只能反映局地生物質燃燒信息。爲了獲取更大空間範圍的火曆史信息,冰川雪冰記錄就顯得非常重要。

三. 青藏高原冰川与周边地区的火记录 

青藏高原及周邊地區的冰川(白色)分布情況

  冰川主要發育在高緯度的南北極地區和中低緯度的高海拔地區。其中,青藏高原是全球中低緯度冰川分布最廣泛的地區之一。

青藏高原東北部的敦德冰川(拍攝者:邬光劍研究員)

青藏高原古裏雅冰帽末端的層理結構

  在高海拔的冰川積累區,降水主要以固體降雪的形式發生,並逐層沈降積累。通過在冰川積累區獲取冰芯能夠重建並得到過去的氣候和環境變化信息。

科研人員獲取的冰芯,圖片來自網絡

  青藏高原周邊的南亞、東南亞和中亞地區是北半球生物質燃燒最旺盛的區域之一,這些區域燃燒産生的煙塵氣溶膠能夠被傳輸到青藏高原地區並最終沈降在冰川表面,成爲冰川地球化學的重要組成之一。

美國航空航天局衛星觀測到的2017年5月7日火燃燒煙塵氣溶膠向青藏高原地區傳輸(黃框內灰色部分爲煙塵氣溶膠),影像來自于網站:https://worldview.earthdata.nasa.gov/

  科學家們通常利用冰芯中具有燃燒排放特征指示意義的化學成分得到過去的火變化信息。包括左旋葡聚糖在內的脫水單糖只來源于植物體的纖維素和半纖維素物質燃燒的熱裂解過程,可以作爲生物質燃燒排放研究的特征分子標志物。研究發現,青藏高原地區冰川雪冰中的左旋葡聚糖含量高于南北極地區。

纖維素及其熱裂解的三種主要産物左旋葡聚糖、半乳聚糖和甘露聚糖

四. 青藏高原冰川与周边地区的火记录

  最近,hb体育的研究人员利用在高原中部获取的藏色岗日冰芯中检测到的左旋葡聚糖含量变化重建了1990年以来亚热带亚洲地区的生物质燃烧历史。

青藏高原中部的藏色崗日冰川(拍攝者:田立德研究員)

  結果發現,亞熱帶亞洲地區在1990年以來生物質燃燒呈現出增強的趨勢,且這種增強主要是由于喜馬拉雅山沿線地區的春季森林火災增加所致。

藏色崗日冰芯中左旋葡聚糖含量反映的1990年至2012年火燃燒變化(含量越高指示火活動越強)

  降水變化是引起火活動變化的主要因素:一方面,印度夏季風影響下的喜馬拉雅山濕潤地區降水減少會引起幹季延長;另一方面,印度半島西北部幹旱半幹旱地區降水增加會引起可供燃燒的生物量增加,並最終導致了火活動增強。

青藏高原及周邊地區2000年至2012年的降水變化情況(紅色表示減少,藍色表示增加)

  論文鏈接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/2017JD027929

本文首發于“中科院之聲”

 
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