放射性硫同位素示蹤太陽活動研究獲進展

　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，從而維持地球表生環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、現代科技通訊和生態系統的影響均有重要意義。高能宇宙射線轟擊地球大氣可以產生放射性同位素（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節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率（如圖），因此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。

　　有文章指出，隨著碳14加速質譜分析技術的高速發展，高分辨率分析可以精準鑒別年際尺度的太陽活動異常（如太陽質子事件），甚至可以重建地球磁場變化、超新星爆發等行星和天文極端事件。雖然該領域未來有望蓬勃發展，但最近有研究發現，不同宇生核素、不同載體、不同區域的記錄在同一時期并不一致，造成甚多爭論，產生爭論的原因之一是宇生核素在大氣中的產生、轉化過程和跨圈層的傳輸、保存過程十分復雜，現今模型難以準確模擬。

　　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研究員林莽等研究發現，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。科研人員整合了第24太陽周期（2008-2019年）的大氣硫酸鹽硫35長期觀測數據（Priyardashi et al., 2012；Lin et al., 2016, 2018），發現硫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。考慮到2015-2016年是近百年最強烈和持久的厄爾尼諾事件，研究進一步發現，該極端事件引起的區域大氣環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須被慎重考慮。

　　鑒于大氣含硫物質對酸雨、人體健康、氣候變化的影響，硫在大氣科學的研究遠比鈹等元素豐富和深入，使用大氣化學傳輸模型可對硫35在大氣中的轉化、傳輸和沉降過程進行較為準確地模擬。硫35觀測數據的制約有望改善模型對鈹7、鈹10、碳14等宇生核素的大氣過程模擬。此外，目前宇生核素產率模型并沒有考慮硫35，因此，硫35觀測數據可為驗證這些核化學模型提供新的制約。研究建議核化學、大氣科學、海洋科學、地球化學等多個領域的科學家合作構建統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生頻率和強度，以及評估其對生態系統和人類科技的影響均有重要意義。

　　相關研究成果近期以Cosmogenic radiosulfur tracking of solar activity and the strong and long-lasting El Nino Events為題，在線發表在PNAS上。研究工作得到國家自然科學基金創新研究群體項目、中科院基礎前沿科學研究計劃“從0到1”原始創新項目、南方海洋科學與工程廣東省實驗室重大專項團隊項目等的支持。

　　論文鏈接

　　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弱，因此宇生核素產率變小。