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8月1日，中國科學(xué)院青藏高原研究所發(fā)布消息，該所環(huán)境變化與多圈層過程團隊余武生研究員聯(lián)合美國俄亥俄州立大學(xué)Lonnie Thompson教授和澳大利亞詹姆斯庫克大學(xué)Stephen Lewis博士等研究發(fā)現(xiàn)，在全球尺度上，從大氣水汽穩(wěn)定同位素的新視角，可以系統(tǒng)地揭示不同地表介質(zhì)穩(wěn)定同位素出現(xiàn)“反高程效應(yīng)”的原因，并對未來利用穩(wěn)定同位素方法重建古高度的工作提出了重要建議。該成果7月28日在線發(fā)表于《自然-通訊》（Nature Communications）。
青藏高原的隆升歷史，尤其是新生代青藏高原古高度變化是地球系統(tǒng)科學(xué)研究中的重點、熱點和難點。古高度重建方法主要有：古生物、穩(wěn)定同位素古高度計和團簇同位素溫度計等。其中，穩(wěn)定同位素古高度計方法最為成熟，已被廣泛應(yīng)用于青藏高原、阿爾卑斯山、安第斯山以及落基山等古高度重建工作中。
利用穩(wěn)定同位素方法重建古高度，是基于穩(wěn)定同位素的“高程效應(yīng)”原理，也就是，隨著海拔逐漸升高，地表介質(zhì)中穩(wěn)定同位素值逐漸降低。然而，該方法假設(shè)數(shù)百萬年來氣候條件基本不變，這顯然不符合實際情況。這造成該方法重建的結(jié)果與其它方法所得到的結(jié)果不一致。
近年來，研究人員發(fā)現(xiàn)，在全球一些地區(qū)不同地表介質(zhì)中（包括冰芯、積雪、雨水、河水等）穩(wěn)定同位素存在“反高程效應(yīng)”的異?，F(xiàn)象，即這些介質(zhì)中穩(wěn)定同位素隨海拔升高而增加。“反高程效應(yīng)”學(xué)說的出現(xiàn)，與穩(wěn)定同位素古高度計的理論基礎(chǔ)相沖突，阻礙了古高度重建工作的開展。
目前，不同地表介質(zhì)中穩(wěn)定同位素出現(xiàn)“反高程效應(yīng)”的原因仍然不明。該文章的通訊作者余武生介紹，研究團隊發(fā)現(xiàn)，在美國西部和亞洲干旱區(qū)（從紅海到青藏高原北部）等地區(qū)對流層中層的水汽穩(wěn)定同位素存在“反高程效應(yīng)”，而且其空間分布格局與地表介質(zhì)中穩(wěn)定同位素“反高程效應(yīng)”的空間分布格局基本一致。
進一步研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)生水汽穩(wěn)定同位素“反高程效應(yīng)”有兩個不可或缺的因素，即遠源區(qū)的高同位素值的水汽供應(yīng)和高同位素信號可以通過橫向輸送從遠源區(qū)傳遞到靶區(qū)。研究認(rèn)為，“反高程效應(yīng)”在降水發(fā)生之前就已經(jīng)出現(xiàn)在水汽中。由于水汽是降水的“物質(zhì)來源”，因此水汽穩(wěn)定同位素的“反高程效應(yīng)”被深深地烙印在降水中。
我們知道，青藏高原等山體逐步隆升導(dǎo)致更大范圍內(nèi)大氣環(huán)流格局的變化，進而改變了水汽源區(qū)和水汽輸送路徑及水汽穩(wěn)定同位素值的固有特征。這些變化使得穩(wěn)定同位素古高度計在這些地區(qū)的應(yīng)用變得更為復(fù)雜。因此，在利用穩(wěn)定同位素古高度計之前，需要仔細(xì)考慮山體不同隆升階段水汽來源和水汽輸送路徑及其對穩(wěn)定同位素值的影響。
此外，研究結(jié)果還為理解不同海拔高度冰芯穩(wěn)定同位素記錄提供了新思路。合作作者Thompson教授注意到，青藏高原北部古里雅冰川頂部6700米冰芯的平均氧同位素值高于6200米冰芯的平均氧同位素值，研究結(jié)果解決了他的困惑，Thompson教授表示，“‘反高程效應(yīng)’提出了一個重要的科學(xué)問題，可以解釋更長時間尺度穩(wěn)定同位素記錄的異常變化”。（總臺央視記者 褚爾嘉）
標(biāo)簽： 反高程效應(yīng)
