科學家完善了高原古高度重建——穩定同位素方法

穩定同位素方法常被地質學家們用于重建高原、山脈的古高度，但我國科學家認為，這一方法具有不確定性，需從全球尺度考慮水汽影響。1日，中國科學院青藏高原研究所發布消息，其環境變化與多圈層過程團隊余武生研究員聯合多國專家發現，青藏高原一些地區的水汽穩定同位素存在反常現象，這給利用穩定同位素方法重建青藏高原古高度變化帶來很大不確定性，這種反常現象在全球其他地區也有發現。研究人員提出，未來使用該方法時，需在全球尺度考慮大氣水汽的影響。該研究獲得了第二次青藏高原綜合科學考察研究等項目資助，成果于7月28日在線發表于《自然·通訊》。

　　新生代青藏高原古高度變化是地球系統科學的重點、熱點和難點。在多種方法中，穩定同位素方法最成熟，已被廣泛用于青藏高原、阿爾卑斯山、安第斯山以及落基山等古高度重建中。

　　這種方法基于穩定同位素的“高程效應”原理——隨著海拔逐漸升高，地表介質中穩定同位素值逐漸降低。但這種方法假設數百萬年來氣候條件基本不變，這顯然不符合實際。這也造成利用該方法重建的古高度變化，與其他方法的結果很不一致。

　　近年來，研究發現，在全球的冰芯、積雪、雨水、河水等地表介質中，穩定同位素存在“反高程效應”的異常現象——即地表介質中穩定同位素值隨海拔升高而增加。“反高程效應”與穩定同位素方法的理論基礎相沖突，從而限制了該方法的廣泛應用。

　　余武生團隊發現，在美國西部和亞洲干旱區（從紅海到青藏高原北部）等地區，對流層中層的水汽穩定同位素也類似存在“反高程效應”，而且其空間分布格局與地表介質中穩定同位素“反高程效應”的空間分布格局基本一致。

　　他們還發現，水汽穩定同位素“反高程效應”的出現須具備兩個不可或缺的因素，即遠源區水汽富含高同位素值和該高同位素的水汽能夠從遠源區橫向輸送到靶區。

　　據介紹，青藏高原等逐步隆升導致更大范圍內大氣環流格局的變化，進而改變了水汽源區和水汽輸送路徑及水汽穩定同位素值的固有特征。這些變化使得穩定同位素方法在這些地區的應用變得更為復雜。因此，在利用穩定同位素方法之前，需要仔細考慮山體不同隆升階段水汽來源和水汽輸送路徑的變化及其對穩定同位素值的影響。