专家答疑

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如何通过冰芯确定过去的气温?
—G. 斯宾塞,佛罗里达州朗伍德

英国南极考察处的冰川学家罗伯特·穆尔瓦尼提供了以下解答

温度不是直接测量的,而是通过融化冰芯释放的水分子中某些同位素(化学性质相同但中子数不同的原子)的水平推断出来的。


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水由包含两个氢 (H) 原子和一个氧 (O) 原子的分子组成。气候研究特别感兴趣的同位素是16O(具有 8 个质子和 8 个中子);18O(8 个质子和 10 个中子);2H(具有 1 个质子和 0 个中子);和2H(1 个质子和 1 个中子,也称为氘,D)。

研究人员使用质谱仪测量冰芯样品中氧和氢同位素的比率,并将结果与称为 SMOW(标准平均海洋水)的平均海水标准的同位素比率进行比较。冰芯中的水分子所含的重同位素略少于 SMOW,与标准的差异表示为 δ(或变化)18O 或 D。这两个值本质上都讲述了同一个故事——即,在寒冷时期,18O 和 D 比温暖时期少。为什么?简而言之,从海面蒸发含有重同位素的水分子需要更多能量。当潮湿空气向极地输送并冷却(失去能量)时,那些含有较重同位素的水分子优先在降水中流失。

绘制冰芯长度方向上 δ18O 或 δD 与深度的关系图,可以揭示温度的季节性波动和气候的长期变化。从最深的冰芯中,可以清楚地看到南极冰盖中超过三公里的深度,冰河时代以大约 10 万年的周期稳定地脉动。从南极洲的一个名为 Dome C 的地点,我们最近重建了过去七十五万年的气候,并展示了七个冰河时代,每个冰河时代都穿插着温暖的间冰期气候,例如我们今天所处的气候。

为什么人们的血型不同?
—妮可,密歇根州底特律

美国国立卫生研究院输血医学部门主任哈维·G·克莱因解释说

简短的回答:血型可以在某些条件下帮助生存。在红细胞表面发现(或表达)的特定蛋白质、糖蛋白和糖脂定义了血型,血型是遗传的。1900 年,卡尔·兰德斯坦纳描述了最初的分类——A、B 和 O——医生现在认识到 23 个血型系统,其中包含数百种不同的亚型。

大多数此类分子似乎对于血细胞的运作不是必需的,但有些分子在红细胞膜上具有特定功能。例如,血型因子可能是转运蛋白,允许物质进入和离开红细胞,或允许某些物质结合到细胞表面的受体。

环境选择压力显然在某些血型的持久性中起作用。例如,“达菲”血型受体使某些疟疾寄生虫能够进入红细胞。因此,在非洲的一些疟疾地区,缺乏达菲血型因子的人群获得了对疟疾的一定程度的保护,这是一种明显的生存优势。

我们尚不清楚 A 型和 B 型血型因子的功能。(O 型血不含 A 型或 B 型因子。)它们可能在某些方面很重要,因为它们除了血细胞外,还出现在许多细胞和组织中,并在血浆中循环。此外,与给定 A、B 或 O 型血相关的某些恶性肿瘤的频率存在统计学差异,这表明这些因素在这些疾病中发挥作用。

有关来自不同领域科学家的这些答案和其他答案的完整文本,请访问www.sciam.com/askexpert

大众科学杂志 第 292 卷 第 6 期这篇文章最初以“专家答疑”为标题发表于《大众科学杂志》第 292 卷第 6 期(),第 116 页
doi:10.1038/scientificamerican0605-116
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