本地和全球气候变化:调查从深冰芯的尘埃

a . Marcelli^一个d . Hampai^一个g . Cibin^b和诉美极^{c, d}

^一个INFN-Laboratori Nazionali di Frascati通过e .费米40 00044 Frascati,意大利
^b钻石光源,奇尔顿、德、奥克OX11 0德,英国
^cDipartimento Scienza环境e Territorio,意大利米兰Bicocca, P。咱德拉Scienza 20126米兰,意大利
^dINFN-Milano-Bicocca, P。咱德拉Scienza 20126米兰,意大利

介绍

矿物气溶胶直接影响气候的散射和吸收短波和长波辐射。间接地,他们也与云交互¹并通过支持异构的化学反应。²此外,他们通过改变表面的反射率影响气候雪³通过修改主要生物地球化学循环。⁴

大幅改善的研究尘埃颗粒的物理和辐射特征和气候模型发生为了可靠地预测它们对气候的影响。然而,矿物粒子仍鲜为人知的关键属性⁵所以全球沙尘循环模拟仍然是穷人。⁶冰川档案如极地冰盖或高海拔山地冰川,相反,可能提供独特的信息在现代和过去的风成尘埃被困在冰中。背景大陆尘埃被困在高海拔的冰川和极地冰盖对流层的尘埃运输提供了重要的信息,不同的源的相对作用领域和风力强度。具体的事件,如火山爆发或外星人材料的影响,^7,8可以在冰芯中发现,随着他们对气候的影响。这些事件也可以用来建立冰芯年表。⁹对陆地和海洋自然档案,储存灰尘影响沉积期后流程,冰档案保存原始尘埃信号,大气中的尘埃形态学和聚合状态信息可以获得(见,例如,图1)。

粉尘粒度分布是一个关键问题和粒子形态、矿物组成和光学特性。矿物学的尘埃是识别所需的来源。¹⁰的地球化学和同位素组成矿物粉尘也是一个有用的工具来识别其地理起源。然而,低浓度的分析不溶性大气尘埃口供是一项具有挑战性的研究领域,因为非常少量的材料可用在水晶形体。此外,大型矿产种类组合在同一个矩阵和混合与其他可怜的水晶分数如火山产品(火山碎屑),有机粒子(即孢子和细菌)、生物质燃烧的产品(如烟尘),人类排放的产品(即黑碳、硫酸盐)和外星人材料(如陨石)发生。稀土元素^11,12和主要元素¹³有关粉尘来源和环境条件的粉尘来源地区。由于灰尘的复杂成分,然后强制为未来气候研究基于收集的灰尘从深冰芯带给这些研究的终极限制所有可用的分析方法。

矿物材料的数量一般在10 - 100 ng g¹冰含量。因此,冰核处理和净化,以及高分辨率分析的样品制备技术,挑战和倾向于外部污染。

在我们的研究中,努力一直致力于获得可靠的数据从矿物学等这些独特的样品组成、Sr和钕同位素组成¹⁴和异常重原子的浓度从深冰芯中融化的水。同步加速器radiation-based实验在执行SSRL(斯坦福大学)和钻石(牛津)光源设备使用同步加速器x射线荧光(光谱仪)来确定元素组成和x光吸收光谱(xa)提供矿物学信息。半岛综合体育官方APP下载德甲获得的数据表明,技术的结合可以提供独特的矿物颗粒和气溶胶的来源信息传输机制,补充其他传统的方法收集的数据集,提供一个更准确描述的尘埃。

在这方面,一个新的前沿的矿物学分析尘埃最近开了运用电脑同步TXRF和黄嘌呤等光谱技术极其少量的灰尘。¹⁵这些黄嘌呤实验打开了尘源区域的识别方法。^15,16菲K边黄嘌呤在南极样品光谱识别铁八面体的协调和显示出明显的优势转变,这是与不同数量的铁^{3 +}和时间对应浓度更高的冰河时期的全新世(参见图2)。

在图3中(左面板)我们显示结果与光谱仪和黄嘌呤方法相比,岩石和土壤地球化学数据尽可能尘源(PSA)从可用的文学领域。主要来源是南美,因为重叠与我们的南极冰层样本,从阿尔卑斯山和圆顶C样本。¹³澳大利亚沉积物由大气的造型,似乎被排除在外¹⁷但也从TXRF南极样本的数据。数据从贴画del赖氨酸(意大利阿尔卑斯山脉),清楚地识别一套独特的独立报告给一种感觉的解决方法。事实上,他们是分开的其他样本。如果浓度是关键的右侧面板(见图3),硅数据进一步的实验加以验证,尘埃的一小部分被放置到聚碳酸酯膜上。

矿物组成特征,我们也证明了可以收集黄嘌呤的边缘较轻的元素,如Ca或Ti(图4)。结合黄嘌呤与光谱仪数据信息,即准确的测量元素比率,识别的矿物质中灰尘然后成为可能。

x射线吸收和x射线荧光实验方法

如前所述,低数量的灰尘可以从冰样品标准分析方法的应用的主要瓶颈。超净实验程序是必要的准备样品。在SSRL我们使用高真空(高压)兼容micro-positioning系统,探测器和一个低温冷却器在特高压室。机械手是一种SpaceFAB与mico GmbH,允许样品原型设计阶段在三个轴平移和旋转。我们有完全的自由选择的运动轨迹,它允许我们扫描复杂表面微米精度的翻译和microradian旋转精度。完成试验装置7毫米²硅漂移探测器(SDD)决议< 149 eV 5.9 keV和300毫米长鼻子,面向在45°垂直,垂直光束方向在水平面。

在钻石,beamline energisk B18,我们还测量了TXRF和放牧incidence-XAS使用他样品室(黄嘌呤)。我们使用涡研制出探测器的利润大量表面,高分辨率、灵敏度低能量荧光和高peak-to-background比率。布局可以在energisk B18, x射线衍射测量也表现在膜沉积在图像比对样品,在12 keV 15至75°,使用Mythen硅条探测器~ 60°的角度范围。典型的xa实验粉尘的收集时间范围从~三个小时到一个小时,但显著改善预计在接下来的几个月。我们收集灰尘的数据从不同的粒雪芯钻在南极洲和高山积雪核心(赖氨酸冰川,太罗莎,意大利)在不同的边缘(如钙、铁、钛)。我们测量TXRF和放牧incidence-XAS(黄嘌呤)钙、铁和钛K边在全反射样品沉积在硅晶片上。元素分析已经完成从光谱仪数据,校准使用光谱仪标准样品准备以同样的方式作为样本分析。¹⁵

结果

确定矿物物种是特别困难的可怜的晶体材料。我们的研究表明,一个评估中包含的尘埃组成的有限部分(~ 1 - 2米)深冰芯是可行的,利用提供的独特功能xa光谱结合光谱仪的测量和分析。半岛综合体育官方APP下载德甲特别是TXRF技术加上掠入射黄嘌呤光谱学允许分析粒子分散在冰小片段。半岛综合体育官方APP下载德甲符合预期的大陆起源:硅、铝、铁、钙、钠、镁、钾和Ti尘埃的主要成分存在于冰芯样品。的比较我们的数据(请参见图2)铁K在岩石和土壤与可能的来源地区,从文学和其他实验分析¹³清楚地指出,使用相同的示例程序,不同的技术之间的融合,如PIXE和TXRF发生。xa Fe K-edge(图5)数据显示,清楚地区别不同的古气候时期出现。除了铁K边黄嘌呤光谱,我们成功地收集Ti K边缘谱(图4),尤其重要,因为它们允许歧视氧化物和硅酸盐。此外,从可用的光谱仪数据也很明显,其他边缘可能收集和这是一个额外的独特的机会来改善矿物学分析。

然而,由于仍然长时间收购,目前的结果是减少数量的限制我们测量样品。工作正在进行中,以减少采购时间也提高在时域分辨率(即对应于冰芯样品长度< 1 m)系统在南极工作尘埃在进步,特别是实现一个详尽的比较用PIXE数据生成几个气候周期如图5所示,全新世和海洋同位素阶段(MIS)表示。

在未来,我们还计划研究其他冰芯钻:主要在北半球在格陵兰岛,在高山脉冰川为了更深入地理解和重构在中晚更新世气候变化发生。特别是,分析粉尘从格陵兰冰芯无疑提供了一个独特的气候信息之间的两个半球之间的比较。¹⁸

结合分析光谱仪,xa和XRD数据允许检测可靠成分变化与时间和大力支持研究表明空气循环模式如何改变在气候转变。我们已经展示了独特的xa所扮演的角色在这个领域但预见提高时间分辨率的分析方法和深冰芯研究可能很快提供新的意想不到的惊喜。

未来几十年的主要目标之一是理解之间的平衡正反馈组件(如温室气体和负面反馈组件(如矿物灰尘。地球的气候变化最精确的信息可以从冰核中提取。在这个框架中,调查在高空空气循环和低浓度的空气粒子的描述在自然冰,虽然挑战,将成为基础。

确认

这项研究是在90年建议的框架进行SSRL u5和3082,全国用户设备由斯坦福大学代表美国能源部基本能源科学办公室。测量在钻石NT1984框架中执行的建议。活动在南极洲已经完成项目的框架PNRA-MIUR冰川学,财政支持通过ENEA(罗马)。也获得了支持博物馆重回戴尔'Antartide,烤鸭犬德拉Montagna,史重回di运动Nucleare。HOLOCLIP项目的联合研究项目养PolarCLIMATE计划,由国家资助来自意大利、法国、德国、西班牙、荷兰、比利时和英国。这是HOLOCLIP出版n。11。塔洛斯圆顶冰核心项目(TALDICE),联合欧洲计划,由国家资助来自意大利、法国、德国、瑞士和英国。bdapp官方下载安卓版主要提供后勤支持通过在塔洛斯PNRA圆顶。这是TALDICE n。23日出版。

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