藏色岗日冰芯中生物质燃烧历史记录研究

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生物质燃烧是大气中碳质气溶胶和温室气体最主要的物质来源之一,烟尘气溶胶能够显著影响区域乃至全球尺度的大气化学组成;生物质燃烧与气候变化和人类活动彼此影响。青藏高原毗邻的南亚、东南亚和中亚等地区是北半球生物质燃烧最强烈的区域之一。沉降在高海拔地区的冰川表面的烟尘气溶胶是雪冰地球化学组成的重要物质来源。由于缺乏系统的观测研究,生物质燃烧成因的烟尘气溶胶对青藏高原地区冰川的影响情况尚不明确。青藏高原及周边地区的生物质燃烧历史变化状况及其影响因素也有待深入研究。  本研究选取具有生物质燃烧成因的特征分子标志物左旋葡聚糖作为研究对象,评估了不同检测方法对雪冰中左旋葡聚糖含量研究的优劣;通过对采集自青藏高原不同气候区冰川表雪和雪坑样品中左旋葡聚糖含量的研究,初步揭示了烟尘气溶胶对不同气候区冰川雪冰化学的影响情况;通过对高原中部藏色岗日冰芯上部60.50米样品中左旋葡聚糖含量的研究,重建了青藏高原周边区域近430年来的生物质燃烧历史状况;结合同时期北半球气候变化数据,初步揭示了自小冰期以来生物质燃烧和气候变化以及人类活动之间的关系。  对比结果显示,利用气相色谱-质谱联用仪能够有效地区分雪冰中痕量含量的左旋葡聚糖及其同分异构体甘露聚糖和半乳聚糖。但是气质联用的方法需要样品量较大,样品前处理条件苛刻、过程繁琐且耗时较长,导致方法的回收率和可重复性降低。该方法难以保证获取连续高分辨率的生物质燃烧记录。利用超高效液相色谱三重四级杆质谱串联技术可以有效的检测青藏高原冰川雪冰中痕量浓度的左旋葡聚糖,检测限可低至0.11ng mL-1。在1ng mL-1水平下回收率大于90%,方法的相对标准偏差小于10%。且该方法样品需求小于0.5mL,能够保证获取连续高分辨率的可靠结果。  本研究通过利用超高效液相色谱质谱联用的方法测定雪冰中的左旋葡聚糖含量。结果表明:青藏高原冰川雪冰受周边地区烟尘气溶胶严重影响。高原南部的喜马拉雅山沿线冰川受生物质燃烧烟尘气溶胶的影响最严重、高原北部次之,高原中部地区冰川受影响最小。且高原南部自喜马拉雅山中部的亚拉冰川至高原东部的措普沟冰川雪冰中左旋葡聚糖含量呈现出自西向东逐渐降低的变化趋势;而高原北部自帕米尔高原木吉冰川至祁连山七一冰川则雪冰中左旋葡聚糖含量则呈现出自西向东逐渐升高的趋势。高原上冰川雪冰中左旋葡聚糖含量的空间分布差异主要受生物质燃烧排放源、烟尘气溶胶传输距离、传输过程中的沉降和降解等过程共同影响。  位于高原腹地的藏色岗日冰芯中左旋葡聚糖含量主要受来自中亚和南亚地区生物质燃烧烟尘的影响。冰芯中的生物质燃烧历史记录呈现出典型事件性特征。除个别年份外,整个小冰期时段(AD1580s-1840s)青藏高原周边地区生物质燃烧水平极低。该冰芯记录的生物质燃烧最低水平发生在1650s和1700s时段,和北半球小冰期时段最冷期蒙德极小期相对应。小冰期结束后,生物质燃烧水平快速升高,并在AD1860s-1870s年代达到极盛期。这和沉积物中碳屑重建的北半球近千年来的生物质燃烧最旺盛时段相一致。小冰期结束之后生物质燃烧水平呈现出了波动中逐渐降低的特征,至1990s降到小冰期结束后的最低水平。生物质燃烧记录在21世纪初期的十年里急剧升高。  和北半球其他地区相似,藏色岗日冰芯中生物质燃烧历史记录主要受气候变化过程的控制,人类活动在小冰期结束前对生物质燃烧的影响非常小。在多年代尺度至世纪尺度上,温度通过控制可燃烧的生物质总量来影响生物质燃烧水平,基本上呈现出高温时段生物质燃烧水平较高的特征;反之亦然。而在年际至年代时间尺度上生物质燃烧的影响因素较为复杂。在温度较为稳定的情况下,降水量通过调节可供燃烧的干物质量来调节生物质燃烧的水平,通常表现为干旱年份生物质燃烧水平较高。
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