中国科学技术大学卢征天、蒋蔚教授团队通过自主研发的“全光原子阱痕量分析”方法，与美国冰川学家合作实现了对1公斤南极古冰芯样品的氪-81定年，为研究百万年尺度古气候变化提供了全新工具。相关成果以“81Kr dating of 1 kg Antarctic ice”为题于5月12日发表在《自然·通讯》。

图1（左图），研究人员展示南极冰芯以及冰芯中的包裹气泡；

（右图），真空紫外光源以及亚稳态氪原子束流装置。

人类在南极大陆和格陵兰冰盖钻取了多根深度达千米的冰芯，是地球古气候及冰盖演化的珍贵档案。其中，冰芯底部的基底冰可能记录了地球气候的重大转变事件，但因冰层受到扰动，其年龄测定一直是一个难题，制约了冰川和古气候学的研究。放射性氪-81同位素的定年区间达百万年尺度，被视为理想的冰芯定年示踪同位素，但每公斤古老冰芯中仅含有数百个氪-81原子，对超灵敏检测技术是巨大的挑战。

针对极小冰芯样品的氪-81测量问题，中国科大团队发展出全光激发单原子探测技术，其原理验证于2021年发表在《物理评论快报》上。

为了能将该技术应用于实际冰芯样品，团队又花了四年时间进行攻关，解决了一系列难题。利用自主研发的高亮度窄带124nm真空紫外光源高效产生亚稳态氪原子，新技术能够将样品交叉污染的影响降低两个量级，同时实现样品的无损测量。这一突破使得定年所需的样品量减小至100纳升氪气（对应约1公斤冰芯样品），同时将定年上限扩展至150万年。

依托最新的分析技术，中国科大团队与普林斯顿大学Michael Bender教授，Sarah Shackleton博士等冰川学家合作，对南极泰勒冰川两处1公斤冰样进行了氪-81定年，结果与传统冰层年代学得到的13万年年龄高度吻合，验证了氪-81定年方法的可靠性。

该工作使得极小冰芯样品的氪-81定年成为可能。目前中国科大团队正与国内外冰川学家合作，系统性地开展格陵兰冰盖基底冰芯、南极深冰芯以及青藏高原冰川样品的定年和分析工作。新的定年方法为格陵兰冰盖稳定性、青藏高原冰川发育年代，以及寻找跨越中更新世转型的古老冰芯等重要科学问题带来新的研究机遇，将推动冰川和古气候学领域的创新研究。

合肥微尺度物质科学国家研究中心原博士后Florian Ritterbusch、合肥国家实验室博士后王杰为论文的共同第一作者。该研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委和安徽省的资助。

中国科学技术大学激光痕量探测与精密测量实验室网址：https://atta.ustc.edu.cn

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-59264-6

（合肥微尺度物质科学国家研究中心、物理学院、科研部）