中國科學技術大學盧征天、蔣蔚教授團隊通過自主研發的“全光原子阱痕量分析”方法，與美國冰川學家合作實現了對1公斤南極古冰芯樣品的氪-81定年，為研究百萬年尺度古氣候變化提供了全新工具。相關成果以“81Kr dating of 1 kg Antarctic ice”為題于5月12日發表在《自然·通訊》。

▲圖1（左圖），研究人員展示南極冰芯以及冰芯中的包裹氣泡；（右圖），真空紫外光源以及亞穩態氪原子束流裝置。

人類在南極大陸和格陵蘭冰蓋鉆取了多根深度達千米的冰芯，是地球古氣候及冰蓋演化的珍貴檔案。其中，冰芯底部的基底冰可能記錄了地球氣候的重大轉變事件，但因冰層受到擾動，其年齡測定一直是一個難題，制約了冰川和古氣候學的研究。放射性氪-81同位素的定年區間達百萬年尺度，被視為理想的冰芯定年示蹤同位素，但每公斤古老冰芯中僅含有數百個氪-81原子，對超靈敏檢測技術是巨大的挑戰。

針對極小冰芯樣品的氪-81測量問題，中國科大團隊發展出全光激發單原子探測技術，其原理驗證于2021年發表在《物理評論快報》上。

為了能將該技術應用于實際冰芯樣品，團隊又花了四年時間進行攻關，解決了一系列難題。利用自主研發的高亮度窄帶124nm真空紫外光源高效產生亞穩態氪原子，新技術能夠將樣品交叉污染的影響降低兩個量級，同時實現樣品的無損測量。這一突破使得定年所需的樣品量減小至100納升氪氣（對應約1公斤冰芯樣品），同時將定年上限擴展至150萬年。

依托最新的分析技術，中國科大團隊與普林斯頓大學Michael Bender教授，Sarah Shackleton博士等冰川學家合作，對南極泰勒冰川兩處1公斤冰樣進行了氪-81定年，結果與傳統冰層年代學得到的13萬年年齡高度吻合，驗證了氪-81定年方法的可靠性。

該工作使得極小冰芯樣品的氪-81定年成為可能。目前中國科大團隊正與國內外冰川學家合作，系統性地開展格陵蘭冰蓋基底冰芯、南極深冰芯以及青藏高原冰川樣品的定年和分析工作。新的定年方法為格陵蘭冰蓋穩定性、青藏高原冰川發育年代，以及尋找跨越中更新世轉型的古老冰芯等重要科學問題帶來新的研究機遇，將推動冰川和古氣候學領域的創新研究。

合肥微尺度物質科學國家研究中心原博士后Florian Ritterbusch、合肥國家實驗室博士后王杰為論文的共同第一作者。該研究工作得到了科技部、國家自然科學基金委和安徽省的資助。

中國科學技術大學激光痕量探測與精密測量實驗室網址：

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（合肥微尺度物質科學國家研究中心、物理學院、科研部）