【微光谱应用】科学穿越-古气候环境研究利器LIBS

随着科技发展，如今我们可通过气象台知晓天气状况。在古时，科技条件的限制阻碍了人类细致全面的记录气候变化，而更加久远的气候状态则更难以知晓。为了研究古时候的气候变化，科学家们通过各种各样的沉积物来间接推测全球各地气候变化的历史，在时间上可追溯到过去百年，千年，万年，几十万年甚至上百万年。这些沉积物包括南北两极的冰芯，黄土高原上沉积的层层黄土，湖泊沉积物，生长完好且宽大的树轮，洞穴中的石笋等等。

Sanbao Cave

主要是：石笋、贝壳等碳酸盐物质

石笋是生长在岩溶洞穴中的一种自然沉积物，它自下而上缓慢层层生长，像极了山林中的春笋，因此得名“石笋”。石笋的生长与洞穴内部以及外部的气候环境紧密相关，尤其洞外环境的变化影响石笋内部的物质组成，研究人员通过测量石笋内部的同位素含量变化、微量元素变化来反向推理过去的气候变化，它像是气候的记录员，仔细的记录着每一次气候变化的过程。

测定年龄：多通道接受电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICP-MS）

石笋的年龄、生长时段需要科学方法来测定。目前广泛用于测定石笋年龄的方法是U/Th绝对定年法。而多接受电感耦合质谱仪是目前世界上用于高精度铀系绝对年代测定的主要仪器。

测定代用指标：微量元素

石笋中微量元素的含量变化在一定程度上反映气候的干湿变化。测量石笋中微量元素的方法有：

1. XRF-X射线荧光光谱分析

XRF是利用初级X射线光子或其他微观离子激发待测物质中的原子，使之产生荧光（次级X射线）而进行物质成分分析和化学态研究的方法。

全称激光诱导击穿光谱，基于激光等离子体发射光谱的探测分析技术。工作原理是通过高能量密度超短脉冲的激光器打到样品上。通过激光能量加热，蒸发，雾化，激发，产生一个小范围的等离子体。这样处于等离子体的受激原子和离子会发射出次级光。最后通过光谱分析设备对等离子光进行光谱探测和分析。

各方法优缺点对比

测试结果

LA-ICP-MS与LIBS结果对比图

三组曲线从上至下依次为Ba元素、Mg元素和Sr元素的对比结果。绿色曲线代表LIBS结果，灰色曲线代表LA-ICP-MS结果。由上图可以看出LIBS测量结果Sr/Ca, Mg/Ca和Ba/Ca结果与LA-ICP-MS有良好的重复性。

【参考文献】

[1]ChengH , Edwards R L , Sinha A , et al. The Asian monsoon over the past 640,000years and ice age terminations[J]. Nature, 2016, 534(7609):640-646.

[2]李瀚瑛, 程海, 王健, et al. 激光诱导击穿光谱仪在古气候研究中的应用:建立石笋微量元素记录[J]. 第四纪研究, 2018, 38(6):1549-1551.