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来自冰川冰,丰富的科学数据

wenfeng丨1年前行业新闻25丨

  宾夕法尼亚州生物化学家乔恩·霍金斯(Jon Hawkins)和霍金斯实验室高级研究协调员杰克·墨菲(Jack Murphy)坐在格陵兰冰川边缘附近的一条河流旁,收集了冰冷的融水样本,小心地迅速密封瓶子,以将污染的可能性降至最低。去年夏天,两人在格陵兰岛度过了将近一个月。田野调查虽然风景优美,但并不迷人。墨菲说:“你站在一个巨大的冰川前,双手浸在零摄氏度的水中;那里寒冷、多风、多尘。”。“我们必须有创意才能获得干净的样品。”
  回到霍金斯在宾夕法尼亚州的实验室,BiCycles实验室(生物地球化学循环的简称),这些冰川融化物的收集为科学家提供了一个了解各种地质、生物和化学过程的窗口,这些过程影响从鱼类健康到气候变化的方方面面。
  霍金斯是2021加入艺术与科学学院地球与环境科学系的助理教授,他说:“我致力于研究元素在地球系统中的循环。”。“我的主要研究兴趣是极地和高山地区,我的专长是冰川:它们在循环这些元素中发挥的作用,以及冰川作为生物群落的作用,它们本身就蕴藏着生命。”
  直到最近,大多数科学家都忽视了冰川的巨大活力,霍金斯的职业生涯就是围绕这一领域展开的。结合田野调查和实验室调查,他的研究带他去了许多地方,包括格陵兰岛、挪威、南极洲、巴塔哥尼亚和喜马拉雅山。他和他的同事从这些偏远地区带回的见解正在重塑科学家如何理解这些冰冻环境对区域和全球系统的贡献。
  在他们的脸上,冰川和冰原被定义为覆盖超过20000平方英里的冰川冰块,它们看起来有些静止,没有生命。霍金斯说:“这是格陵兰岛和南极洲等地对这些环境的经典看法:冰是冷的,冰是冻结的,那里没有太多生命,它们不是很有活力。”。
  虽然在大多数情况下,冰川表面或冰川内部没有立即识别的生物,但顽强的藻类和微生物确实使这些空间非常活跃。
  霍金斯说:“在这些地方的许多地方,像在南极一样,冰盖的底部都有液态水。”。“通过地球物理调查,已经确定了650多个冰下湖泊,其中一些湖泊彼此相连。”
  直到最近十年,科学家们才设法获取这些冰下湖泊的水。霍金斯与之相关的一个研究伙伴关系使用重型设备清洁地钻穿厚厚的冰层并对深水进行取样。“我们可以看到那里生活着什么,水的成分是什么,以及告诉我们冰下的水是如何流动的,”他说。
  今年1月,霍金斯为《ISME通讯》杂志发表的一篇文章做出了贡献,该文章报道了生活在西南极冰盖下湖泊中的微生物,发现这些冰下水生生物群落似乎相互联系,并在相互交换微生物生命、沉积物和营养物质。这是一个完整的复杂的、相互关联的生态系统,以前科学界对此一无所知。
  霍金斯说,除了孕育生命外,冰川也在移动,尽管移动速度相当缓慢。它们有时被称为“冰河”。当它们流动时,冰可以像砂纸一样,将它们所在的基岩磨碎。他说:“基岩中的任何物质都可以被动员起来,如果它是反应性的,就会溶解在水中。”。
  霍金斯研究了这种冰川动力侵蚀是如何导致多种元素释放的。例如,《全球生物地球化学循环》杂志11月的一篇论文揭示了冰川释放到巴塔哥尼亚峡湾的硅和铁之间的关系。
  霍金斯和他的实验室小组也开始关注冰川在向水生生态系统传播汞等毒素方面的作用。虽然由于工业活动,大量汞进入了那里,但霍金斯及其同事在2021的《自然地球科学》(Nature Geosciences)论文中指出,根据格陵兰冰盖的数据,冰盖层中自然产生的汞是另一个潜在的重要来源。
  他们相信,在全球其他地区也可能如此。例如,在某些挪威峡湾,由于汞含量异常高,禁止食用在那里捕获的鱼类。
  “我们预测,这些汞中的一些来自冰川,”霍金斯实验室的一年级总统博士研究员阿米娜·尤瑟夫(Amina Youssef)说,“冰川-岩石界面处的岩石侵蚀越多,被困在岩石中的汞就可能进入水系统。”
  去年夏天,Youssef加入了挪威的Hawkings公司,收集了更深入研究这个问题的样本,包括气候变化如何导致汞释放。最近颁发的国家科学基金会拨款将支持这些调查。
  尤瑟夫说:“我们的假设是,随着气候变暖,可能会有一个正反馈回路,增加侵蚀,增加汞从冰川中的排出。”。
  博士后伊娃·多廷(Eva Doting)表示,现实可能更复杂。她上个月在丹麦完成研究生工作后加入了霍金斯实验室,担任博士后研究员。“更多的融化可能会导致更多的汞释放,也可能意味着释放的汞被稀释。我们想知道现在发生了什么,以及随着气候的变化,这将如何变化。”
  尽管冰川仅覆盖地球陆地表面的10%,但霍金斯将其视为气候变化对环境影响的预兆。
  “冰川是气候变化的晴雨表,”他说。它们在极地和高山地区的集中也意味着它们会受到那里发生的快速变暖的影响。两极的气温上升速度是全球平均水平的四倍或更多。
  “所以,这些系统并不是无关紧要的,”霍金斯说,“因为它们的变化如此之快,我们真的需要了解它们如何继续应对未来10年、20年或100年将发生的气候变化。”
  除了预测未来,研究冰川还可以揭示地球隐藏的历史。上一次冰川最大期是在21000年前,当时地球近30%的陆地表面被冰覆盖。“在地质时间尺度上,这是一个非常短的时间,”霍金斯说。
  冰川融化产生的大部分物质并不令人惊讶:水。霍金斯和他的团队正在研究的元素通常在他们的样本中以微量存在。这使得分析精度和防止污染至关重要。在物质结构研究实验室新建的一间洁净室为BiCycles实验室提供了进行这些研究的高科技环境,包括加压工作空间、过滤空气罩、所需的长袍和靴子,以最大限度地减少污染风险,以及能够识别给定样品中微量元素的强大质谱仪。
  实验室的工具和技术不仅可以用于探索极端环境,还可以用于探索离家较近的环境。考虑到费城和其他地方社区的家庭和环境中铅和其他重金属的毒性问题,该组织希望运用他们的知识和尖端技术,帮助居民了解潜在的危险。
  墨菲说:“我们希望向社区提供高水平的测试,因为我们的设施可以做其他人做不到的测试,或者是非常昂贵的测试。”墨菲在研究生工作期间曾在特伦顿做过类似的工作。
  随着实验室的发展和全球合作的建立,霍金斯渴望在当地和全球产生更多的知识和影响。
  他说:“在元素动员和全球系统方面的许多研究甚至在十年前都没有完成。”。“这是一个非常令人兴奋的领域。”


发布者:海克斯的心疾飞

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