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钙华10Be记录：年际尺度太阳活动的新代用指标
原文链接：https://doi.org/10.1029/2023GL107434
导读
重建高分辨率古太阳活动历史对于理解空间天气、太阳活动变化规律及其对全球气候变化的影响至关重要。过去，树轮14C记录和冰芯10Be记录被视为重建古太阳活动的可靠代用指标。然而，树轮中14C受全球碳循环长周期影响，信号平滑严重，其记录的太阳活动在11年太阳活动周期内的变幅不足现代观测记录的1%。利用树轮14C记录示踪太阳活动的短期变化，需要依赖准确的碳循环模型和精密的加速器质谱测量技术。对于冰芯记录，后期的冰流稀释、压实等作用可能影响冰芯的年代学准确性，导致较老冰芯中10Be记录的时间分辨率不稳定，在一定程度上限制了利用冰芯10Be记录在更长时间尺度上进行高分辨率，特别是年际分辨率古太阳活动重建。发掘更多高分辨率的古太阳活动地质记录，丰富古太阳活动历史细节，成为当前该领域研究的重要内容。
发育于中国云南白水台的内生钙华具有可达季节尺度分辨率的微层结构，年均沉积速率比于冰芯、湖泊沉积物高（达1~20 mm/yr），是潜在的高分辨率太阳活动记录载体（图1）。2016年以来，伟德国际体育官网与中国科学院地球化学研究所、日本东京大学、武藏野美术大学等单位合作，依托高分辨率放射性同位素加速器质谱技术，构建基于钙华10Be的新一代古太阳活动地质记录获得成功，研究表明钙华10Be记录在重建年际分辨率太阳活动变化上具有巨大潜力（Xu et al., 2019, QSR）。
在上述研究基础上，bevictor伟德周立旻教授团队与武藏野美术大学Hiroko Miyahara教授等深入合作，针对野外采集的一段长约两个世纪（公元1510至1701年）的云南白水台钙华样品，通过识别影响钙华10Be沉积的因素，建立合理的10Be校正模型，进一步论证了利用钙华10Be记录重建年际分辨率古太阳活动的可靠性，并重建公元1510年至1701年间的古太阳活动历史。近日，研究成果在线发表在地学领域国际权威期刊Geophysical Research Letters上。
图1.云南白水台钙华台地景观（左）以及具有清晰年纹层结构的层状钙华样品（右）
研究结果
研究结果显示，影响钙华中10Be沉积的气候/环境因素主要有两方面：一是大气生成10Be进入钙华过程的传输效率受到铁及其胶体的控制；二是由降水引起的地表坡面流会贡献外源10Be干扰组分（图2）。研究发现这两种影响因素可以分别通过钙华中的铁(Fe)和钾(K)元素进行校正（图3）。
校正后的钙华10Be记录在公元1510年至1600年期间呈总体下降趋势，在公元1600年至1701年期间呈明显上升趋势；这种长期趋势变化与树轮14C记录相一致，主要反映太阳活动的Suess周期变化（~210yrs）；此外，研究还发现校正后的钙华10Be记录呈现出明显的年代际变化，功率谱和小波分析结果显示其具有约11.3年的周期。这些年代际变化与同一时期冰芯10Be记录和树轮14C记录间吻合良好，主要反映太阳活动的Schwabe周期变化（~11yrs）（图4）。
这些研究结果表明云南白水台钙华10Be记录主要反映了受太阳活动调控的大气生成10Be产率信号，因此可以作为重建年际分辨率太阳活动新的可靠代用指标。该研究证实了利用陆生碳酸盐沉积物中的10Be记录示踪古太阳活动的可行性，并为在更长时间尺度上重建高分辨率的古太阳活动序列以及极端事件历史提供了新的思路。
图2. 大气生成10Be进入云南白水台钙华的迁移路径及其影响因素示意图
图 3. 钙华剖面中10Be浓度与9Be、Fe、K、残渣含量等指标间的散点图及相关关系
图4. 研究时段内钙华10Be记录（c）与冰芯10Be记录（a和b）、树轮14C记录（d）以及太阳黑子记录（e）间的趋势变化对比
致谢
bevictor伟德博士后徐洪阳为论文第一作者，周立旻教授和武藏野美术大学Hiroko Miyahara教授为论文的共同通讯作者，其他合作者包括弘前大学Kazuho Horiuchi教授，东京大学Hiroyuki Matsuzaki教授，中科院贵阳地化所罗维均教授，开普敦大学Michael E. Meadows教授，伟德国际体育官网郑祥民教授以及硕士生赵茜、甘海伶等。研究得到国家自然科学基金、日本Toray Science and Technology Grant和JSPS KAKENHI grant基金的共同资助。
文献列表
Xu, H.Y., Miyahara, H*., Horiuchi, K., Matsuzaki, H., Sun, H.L., Luo, W.J., Zheng, X.M., Suganuma, Y., Wang, S.J., Zhou, L.M*. (2019). High‐resolution records of 10Be in endogenic travertine from Baishuitai, China: A new proxy record of annual solar activity? Quaternary Science Reviews, 216, 34–46.
Xu, H.Y, Miyahara, H*., Horiuchi, K., Matsuzaki, H., Zhao, X., Gan, H.L, Luo W.J., Meadows, M.E., Zheng, X.M., Zhou, L.M*. (2024). Annual 10Be record for 1510–1701 CE obtained from endogenic travertine at Baishuitai, China: A new proxy record of annual solar activity. Geophysical Research Letters, 51, e2023GL107434.
作者简介
第一作者：徐洪阳，bevictor伟德周立旻教授团队博士后、助理研究员，研究方向为钙华沉积与环境演变、宇宙成因核素10Be示踪应用等，获得国家自然科学青年基金资助。
E-mail：hyxu@geo.ecnu.edu.cn
通讯作者：周立旻，bevictor伟德教授、博士生导师。研究方向为全球变化空间天气影响机制及其宇宙成因核素记录研究、行星地貌与火星环境研究等。主持国家973（二级课题）、国家自然科学基金、中国科学院先导项目、上海市重大课题子项目等多项。
E-mail：lmzhou@geo.ecnu.edu.cn
