新聞動態(tài)林莽等-PNAS：放射性硫同位素示蹤太陽活動
太陽是太陽系的主要能量來源，控制著地球的氣候和水文系統(tǒng)，從而維持地球表生環(huán)境的生命活動和宜居性。重建過去的太陽活動歷史，對評估異常太陽活動的強度和頻率，預測其對宇航員、現(xiàn)代科技通訊和生態(tài)系統(tǒng)的影響都有重要意義。高能宇宙射線轟擊地球大氣可以產(chǎn)生放射性同位素（又稱宇生核素，如碳14、鈹10等），這些宇生核素存在于地球系統(tǒng)的多個圈層（如大氣圈、水圈、冰凍圈、生物圈、巖石圈等）。由于太陽活動強度可以調(diào)節(jié)進入太陽系的銀河系宇宙射線強度，影響宇生核素在地球大氣中的產(chǎn)率（圖1），因此我們可以通過測量宇生核素在冰芯、樹輪、沉積物等載體中的含量重建過去的太陽活動。
最近，Heaton等（2021）在《Science》上發(fā)表綜述文章指出，隨著碳14加速質(zhì)譜分析技術的高速發(fā)展，高分辨率分析可以精準鑒別年際尺度的太陽活動異常（如太陽質(zhì)子事件），甚至可以重建地球磁場變化、超新星爆發(fā)等行星和天文極端事件。雖然該領域未來有望蓬勃發(fā)展，但最近研究發(fā)現(xiàn)，不同宇生核素、不同載體、不同區(qū)域的記錄在同一時期并不一致，造成甚多爭論。產(chǎn)生爭論的原因之一，是宇生核素在大氣中的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)化過程和跨圈層的傳輸、保存過程十分復雜，現(xiàn)今模型難以準確模擬。
針對該問題，中國科學院廣州地球化學研究所同位素地球化學國家重點實驗室、深地科學卓越創(chuàng)新中心林莽研究員提出，被學界忽略的放射性硫同位素（硫35，半衰期約87天）可能是重要的破解手段之一。林莽研究員整合了第24太陽周期（2008-2019年）的大氣硫酸鹽硫35長期觀測數(shù)據(jù)（Priyardashi et al., 2012; Lin et al., 2016, 2018），發(fā)現(xiàn)硫35的長期變化與太陽活動11年周期吻合，證明了硫35是太陽活動的忠實記錄者?？紤]到2015-2016年是近百年最強烈和持久的厄爾尼諾事件，林莽研究員進一步發(fā)現(xiàn)，該極端事件引起的區(qū)域大氣環(huán)流變化可改變近地面的硫35含量，類似的極端氣候影響在解讀其他宇生核素記錄時必須被慎重考慮。
鑒于大氣含硫物質(zhì)對酸雨、人體健康、氣候變化的影響，硫在大氣科學的研究遠比鈹?shù)仍刎S富和深入，使用大氣化學傳輸模型可對硫35在大氣中的轉(zhuǎn)化、傳輸和沉降過程進行較為準確的模擬。通過硫35觀測數(shù)據(jù)的制約，有望進一步改善模型對鈹7、鈹10、碳14等宇生核素的大氣過程模擬。另外，現(xiàn)今宇生核素產(chǎn)率模型并沒有考慮硫35，因此，硫35觀測數(shù)據(jù)可為驗證這些核化學模型提供新的制約。林莽研究員建議核化學、大氣科學、海洋科學、地球化學等多個領域的科學家聯(lián)手，構建統(tǒng)一的多圈層宇生核素化學傳輸模型。該研究對使用宇生核素準確重建過去的天文、地磁和氣候事件，預測未來類似的極端事件發(fā)生頻率和強度，以及評估其對生態(tài)系統(tǒng)和人類科技的影響均有重要意義。
圖1. 太陽活動影響地球大氣放射性硫同位素濃度的示意圖。太陽活動強烈（太陽黑子增多）時，太陽風較強，進入太陽系的銀河系宇宙射線強度變?nèi)?，因此宇生核素產(chǎn)率變小。
研究成果最近以“Cosmogenic radiosulfur tracking of solar activity and the strong and long-lasting El Nino Events”為題，在綜合期刊《Proceedings of the National Academy of Sciences》上在線刊出，林莽研究員是論文的第一作者和唯一通訊作者，加州大學圣地亞哥分校Thiemens教授為第二作者。該研究得到國家自然科學基金創(chuàng)新研究群體項目（42021002）、中科院基礎前沿科學研究計劃“從0到1”原始創(chuàng)新項目（ZDBS‐LY‐DQC035）、南方海洋科學與工程廣東省實驗室重大專項團隊項目（GML2019ZD0308）和珠江人才計劃（2019QN01L150）的支持。
