VIMS团队研究阿拉斯加“冰雪末日”的后果
海底沉积物的岩心可以提供北极气候变化的长期记录
去年1月，一系列史诗般的暴风雪袭击了阿拉斯加的狭长地带，其中一次在不到一周的时间里倾倒了18英尺的积雪。这是2月初导致新英格兰瘫痪的暴风雪降雪量的六倍。
威廉与玛丽学院弗吉尼亚海洋科学研究所的史蒂夫·库尔教授正在等待一项提议的结果，该提议将进一步调查所谓的“末日雪灾”的河流径流是否在附近的海底沉积物中留下了印记，如果是这样，这些事件的长期记录可能会说明该地区快速变化的气候。
“我们谈论气候变化和极端天气事件，”库尔说，“但在这种情况下发生的事情太过分了，即使是在阿拉斯加一个习惯大雪的地区。他们不得不召集国民警卫队把人们从他们在科尔多瓦的房子里救出来——这是非同寻常的。”
Kuehl的研究最初是由美国国家科学基金会的“快速反应”基金资助的，以VIMS教授John Milliman的开创性工作为基础。Milliman的研究表明，小的山间河流——比如流经阿拉斯加东南部的Chugach和Wrangell山脉的Copper河——携带着不成比例的沉积物进入全球海洋。
“铜河每年向海洋排放约7000万吨沉积物，”库尔说。“这几乎是密西西比河的20%，尽管密西西比河的流域面积是密西西比河的50倍。”当地的水流将铜河上大量的沉积物带到了附近的威廉王子湾，米利曼和其他研究人员早期的研究显示，在过去的一万年里，这里积聚了惊人的450英尺的沉积物。
顾名思义，美国国家科学基金会的快速反应项目为科学家们提供了一个机会，让他们能够迅速争夺研究风暴、地震和海啸等短暂事件的原因和影响所需的资金，从而将通常需要数月时间的提案过程压缩到几周时间。
我们在2012年春季成功提交了一份快速响应提案，并利用这笔资金研究了去年春季融化期间河流的水文情况。”“我们首先想看看大雪融化会对沿海海洋产生什么影响，以表征河流的羽流。我们还想收集沉积物岩心，看看我们是否可以确定铜河排放量的代用物，我们最终可能能够将其与长期气候模式联系起来。”
Kuehl指出，去年阿拉斯加东南部史无前例的降雪量——自1950年有记录以来，从12月到2月的降雪量是之前的两倍——与急流的偏北位置和静止的阿留申低压系统有关。这些因素也促成了美国本土48个州创纪录的冬季温暖，并被认为是当前和未来气候变化的先兆。
“气候驱动因素，如北极涛动、太平洋年代际涛动和厄尔尼诺Niño南方涛动，很可能影响了阿留申低地过去的位置，从而影响了铜河流量的逐年变化，”Kuehl说。“在这些气候振荡驱动的过去变化的背景下，了解去年事件的相对重要性，将需要开发铜河流量的古代用物，我们的早期结果表明，这些代用物被保存在威廉王子湾快速积累的沉积物中。”
代用物是一种化学或物理属性，比如树木年轮的宽度，它可以用来跟踪其他一些环境变量的变化，比如降水，这种变化是周期性的，通常是每年一次。通过在沉积物、冰、珊瑚或其他材料中取芯，古代用物扩展了对地质时期环境变化的认识。
Kuehl说，沉积物积聚迅速的地区，如威廉王子湾，更适合进行代理研究，因为它们更有可能保存过去变化的详细记录。他解释说：“这就像手机和高端相机拍摄的图像之间的区别。”“数据或沉降率越高，情况就越清晰。”
在去年6月的野外季节，Kuehl的研究小组在从铜河、其海洋羽流和威廉王子湾沉积物中收集的样本中寻找潜在的代用物。该团队包括VIMS研究生Eric Miller，佳博体育经理玛丽 Goodwin， VIMS校友Tim Dellapenna（现为德克萨斯农工大学教授），波士顿学院的Gail Kineke教授以及威廉王子声音科学中心的同事。
开发一个古代用物需要测定岩心沉积物的年代，Kuehl的团队使用了各种自然产生的放射性同位素，如半衰期为22.3年的Pb-210。Kuehl说：“我们分析了威廉王子湾口附近5英尺深处的铅-210活动，并得出了每年约6厘米的积累速度，这是相当惊人的。”
更令人兴奋的是，他们在地核中发现了不同的层，他们怀疑这可能是每年春季融化的信号。“如果有一个地方，我们可以开发一个高分辨率的铜河排放代理，”库尔说，“我认为我们在这里有机会。”
研究小组使用一种叫做x射线荧光的尖端技术分析了它们的核心。“XRF的美妙之处在于，”Kuehl说，“你可以一次读出年龄和元素浓度，并以非常高的分辨率深入核心。元素组成与周围盆地的地质有关，铜河流域与北部地区之间存在显著差异。我们希望能够利用这些差异来识别库珀河径流进入威廉王子湾的年度信号。”
研究小组的分析还揭示了一个更有趣的发现——研究人员认为，几个岩心中的一个被破坏的部分可能记录了1964年阿拉斯加耶稣受难日地震，这是有史以来第二大地震。
“我们最初的想法，”Kuehl说，“是威廉王子湾的沉积物可能记录了铜河排放的历史，以及它如何受到气候的影响。但现在我们认为，这些沉积物可能还包含了一万年前无与伦比的地震记录。我们希望最早在今年夏天回到阿拉斯加，采集更长的岩芯进行额外的分析。”
