從青藏高原冰芯中找尋火的蹤跡

中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所的一項(xiàng)研究，從冰里“看”到了火的記錄。

5月11日，中科院青藏所助理研究員游超接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)透露，根據(jù)冰芯里檢測(cè)到的左旋葡聚糖含量變化，發(fā)現(xiàn)1990年以來，亞熱帶亞洲地區(qū)生物質(zhì)燃燒呈增強(qiáng)趨勢(shì)，他認(rèn)為這主要由喜馬拉雅沿線地區(qū)的春季森林火災(zāi)增加所致。

青藏高原的冰川和周邊地區(qū)的火活動(dòng)有什么聯(lián)系?一切還得從冰芯說起。

冰芯里存著生物質(zhì)燃燒留下的左旋葡聚糖

這次研究用的冰芯樣品來自藏色崗日冰川。這是一個(gè)中緯度冰帽型冰川，位于青藏高原北部羌塘高原腹地。“冰芯是姚檀棟院士團(tuán)隊(duì)在2013年5月到6月期間，從海拔6070米處鉆取的，全長(zhǎng)208.62米。”游超告訴科技日?qǐng)?bào)記者，這是中國(guó)科學(xué)家用自主設(shè)備鉆取的最長(zhǎng)的一支冰芯。

青藏高原周邊的南亞、東南亞和中亞地區(qū)是北半球生物質(zhì)燃燒最旺盛的區(qū)域之一，其燃燒產(chǎn)生的煙塵氣溶膠通過大氣環(huán)流能夠被攜帶傳輸?shù)角嗖馗咴貐^(qū)，最終沉降在冰川表面，年復(fù)一年，逐層積累。在高海拔的冰川積累區(qū)獲取冰芯，可重建過去的氣候和環(huán)境變化信息。

“先在拉薩的冷庫(kù)把冰芯劈開，一半存庫(kù)備用，另一半按2—3厘米的厚度切割分段，冷凍運(yùn)回北京。”游超介紹，運(yùn)回的固體冰芯樣品，分別用于測(cè)水體氫氧同位素、黑炭、粉塵、微生物、離子等指標(biāo)。“這樣充分利用取之不易的冰芯，最后還可以系統(tǒng)地匯總各項(xiàng)指標(biāo)，全面分析氣候和環(huán)境變化。”游超介紹，研究生物質(zhì)燃燒檢測(cè)的指標(biāo)是左旋葡聚糖。

為什么用左旋葡聚糖作為生物質(zhì)燃燒的特征分子標(biāo)志物?游超解釋，左旋葡聚糖是一種脫水單糖，只來源于植物體的纖維素和半纖維素物質(zhì)燃燒的熱裂解過程，煤、石油等燃燒不會(huì)產(chǎn)生左旋葡聚糖。同時(shí)，它在環(huán)境中有極高的穩(wěn)定性，可確保被大氣環(huán)流攜帶進(jìn)行大尺度甚至全球尺度的傳輸。

還原“火歷史”，為植被火災(zāi)預(yù)測(cè)提供參考

研究發(fā)現(xiàn)，藏色崗日冰芯中的左旋葡聚糖含量在2000年至2012年急劇升高。“藏色崗日冰川遠(yuǎn)離人類活動(dòng)區(qū)，初步可以判斷左旋葡聚糖信號(hào)主要來自青藏高原周邊地區(qū)，與局地燃燒排放無(wú)關(guān)。”游超指出，人類農(nóng)業(yè)廢棄物燃燒等活動(dòng)引起的火災(zāi)規(guī)模通常較小，產(chǎn)生的煙塵氣溶膠等成分不易被遠(yuǎn)距離傳輸。

根據(jù)衛(wèi)星火點(diǎn)資料顯示，青藏高原上風(fēng)向中亞地區(qū)的生物質(zhì)燃燒在同時(shí)期呈現(xiàn)出減弱趨勢(shì)，而印度半島北部地區(qū)呈現(xiàn)出明顯的增強(qiáng)趨勢(shì)，尤其是喜馬拉雅山沿線地區(qū)春季強(qiáng)火災(zāi)事件。“春季火災(zāi)主要是森林火災(zāi)等植被火災(zāi)。”他解釋。

植被火災(zāi)增多，降水變化是“幫兇”。游超說，一方面受印度夏季風(fēng)減弱影響，喜馬拉雅山濕潤(rùn)地區(qū)降水減少會(huì)引起干季延長(zhǎng);另一方面，印度半島西北部干旱半干旱地區(qū)降水增加，可供燃燒的生物量隨之增多，共同導(dǎo)致了火災(zāi)增多。

目前，國(guó)外的研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)從南北極地區(qū)冰芯中還原了過去幾百年乃至數(shù)萬(wàn)年時(shí)間尺度的生物質(zhì)燃燒歷史。“但是南北極地區(qū)遠(yuǎn)離生物質(zhì)燃燒劇烈的中低緯度地區(qū)。”游超介紹，姚檀棟院士團(tuán)隊(duì)前期的研究發(fā)現(xiàn)，青藏高原冰芯樣品中左旋葡聚糖濃度比南北極地區(qū)高，為在青藏高原開展相關(guān)研究打下了基礎(chǔ)。

青藏高原是反映亞熱帶亞洲地區(qū)生物質(zhì)燃燒歷史的關(guān)鍵地區(qū)。國(guó)內(nèi)利用冰芯開展生物質(zhì)燃燒歷史相關(guān)研究起步較晚，“目前我們已獲取了古里雅、敦德等深孔冰芯樣品，等分析結(jié)果出來，有望提供過去數(shù)萬(wàn)年以來的生物質(zhì)燃燒歷史。”游超說，研究青藏高原冰芯里的“火歷史”與氣候變化之間的規(guī)律，可為研究亞洲地區(qū)區(qū)域碳循環(huán)、預(yù)測(cè)全球氣候變化情境下該地區(qū)植被火災(zāi)的變化等提供科學(xué)參考。(記者 楊 雪)