基于14C源解析的瑞典南部湖泊黑碳沉积历史研究（1450 CE至今）

　　本研究通过化学热氧化法（CTO375）和放射性碳同位素技术，定量分析了瑞典南部奥登湖自1450年以来的沉积物黑碳（SBC）累积记录。研究发现工业革命前SBC浓度较低（约3 mg/g），20世纪后升至峰值（8.5 mg/g），并通过14C源解析揭示生物质燃烧始终是主要来源（72-91%），化石燃料贡献在1970-1990年达峰值（26-28%。该研究为历史黑碳排放、气候效应及能源转型影响提供了高分辨率地质档案证据。

　　

在当今全球气候变化和环境污染治理的背景下，黑碳（Black Carbon, BC）作为一种由生物质和化石燃料不完全燃烧产生的气溶胶颗粒，其对气候系统的增温效应可达二氧化碳的数百倍，同时还会加剧冰川融化、影响空气质量和人类健康。尽管现代BC排放监测网络已在许多地区建立，但全球覆盖范围仍有限，尤其是历史时期的BC沉积记录更为稀缺，这限制了对BC长期环境行为和气候效应的深入理解。瑞典作为北欧工业化较早的国家，其能源结构从化石燃料向生物质的转型过程，为研究人类活动对BC排放的影响提供了理想案例。

为了重建瑞典南部历史时期BC沉积通量和来源变化，隆德大学地质系的研究团队在《Annals of Anatomy - Anatomischer Anzeiger》发表了针对奥登湖（Odensj?n）沉积岩心的研究成果。该湖位于瑞典最南端的S?der?sen国家公园，是一个小型地下水补给湖泊，具有年纹层（varves）沉积特征，为高分辨率环境重建提供了良好条件。研究人员通过冷冻采样获取了5.5米长的沉积岩心，采用²¹⁰Pb和¹⁴C定年技术建立年代框架，利用化学热氧化法（CTO375）定量分析了soot BC（SBC）浓度，并通过放射性碳同位素（¹⁴C）测量进行了源解析，区分了生物质和化石燃料来源的BC贡献。

研究采用的关键技术方法包括：1）冷冻采样和纹层计数确定沉积序列年代；2）²¹⁰Pb和¹³⁷Cs/²⁴¹Am放射性定年；3）化学热氧化法（CTO375）分离和定量SBC；4）元素分析仪测定总有机碳（TOC）含量；5）加速器质谱（AMS）¹⁴C测量进行源解析。所有分析均采用标准参考物质（NIST1944和SRM2975）进行质量控。

3.1. 沉积物组成

沉积物主要由有机质和生物硅构成，纹层结构显示为春夏硅藻华形成的浅色层和冬季碎屑沉积的暗色层。TOC含量平均为22%，下部（88-82 cm）最高达30-33%。

3.2. 年代学

上部33 cm通过²¹⁰Pb和¹³⁷Cs/²⁴¹Am定年（1963年核试验和1986年切尔诺贝利事故峰值），下部通过¹⁴C定年，建立了1450-2012年的年代模型。

3.3. 黑碳沉积

SBC浓度在工业革命前（1450-1650 CE）较低（3.4-4.4 mg/g），1650 CE后开始上升，1875 CE后显著增加，1900-1950 CE达峰值（约9 mg/g）。SBC积累率在1979-2013 CE最高（近1500 mg m^-2 yr^-1）。

3.4. ¹⁴C源解析

生物质来源的SBC占比72-91%，化石燃料贡献在1970-1990 CE最高（26-28%）。2000年后生物质来源主导（90-91%），反映瑞典能源转型。

研究结论表明，奥登湖的SBC沉积记录揭示了瑞典南部自1450年以来的BC排放历史。工业革命前BC沉积较低，1650年后的早期增加可能与当地煤炭开采或生物质燃烧有关，而非主要工业化阶段。1875年后的显著上升与瑞典工业化加速一致，1970-1990年的化石燃料贡献峰值与全国BC和CO₂排放高峰吻合。2000年后生物质来源的主导地位反映了瑞典能源政策向生物质加热的转型。该研究不仅提供了历史BC沉积的高分辨率记录，还强调了沉积物档案在重建大气污染物排放历史中的价值，对理解BC的气候环境效应和评估能源政策影响具有重要意义。然而，湖泊沉积过程（如沉积聚焦）可能导致BC积累率高于大气沉降估算值，未来需结合多方法改进BC定量和源解析技术。