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【环时深度|从瘟疫噩梦到德堡疑云，美国为何对生物武器如此“迷恋”？】#美国为何对生物武器如此迷恋# 编者的话：美国在俄乌爆发军事冲突前煽风点火。眼见火起，华盛顿一边火上浇油，一边尽量远离“火场”，生怕烧到自己。可是，人算不如天算，还是有一颗火星溅到美国身上，烧出一个大洞，引得大家纷纷围过来往洞里瞧，想搞清楚美国人到底在遮掩什么。俄罗斯总统普京说，乌克兰在美国军方的指导和支持下开展军事生物计划。中国外交部发言人也表示,中方呼吁美国开放在乌克兰的生物实验室供国际专家独立调查,并停止独家反对建立《禁止生物武器公约》核查机制。我们几乎可以肯定的是，这些合理要求不会被美国所接受，因为美国推动生物武器的研制、试验、开发和大规模使用，已有近百年时间了。在这段时间里，美国对这种武器的认知在持续加深。我们只有理清美国对生物武器深度认知的过程，才能透过纷纷杂杂的事件以及真真假假的信息，看清华盛顿的底层逻辑，明白美国“欲罢不能”的根本原因。
瘟疫的“可怕”与“可用”
在人类历史上，如果有一个恐怖排行榜的话，居于榜首的肯定是瘟疫。1346年，可怕的鼠疫在现在的乌克兰境内暴发，外逃的人们把这个“死神”带到了西西里岛，之后扩散到整个欧洲大陆。在短短5年时间里，第一波鼠疫就杀死了欧洲1/3到1/2的人口。其实，早在这场大灾难发生1000多年前，强大的罗马帝国就曾经5次被鼠疫攻击。这种可怕的瘟疫不仅严重削弱了罗马帝国，而且击碎了东罗马帝国的复兴之梦。另一种可怕的瘟疫就是天花。15世纪末，当欧洲殖民者登上美洲新大陆的时候，他们带去了这种最致命的“武器”。为什么当时几百名西班牙殖民者能够征服有2500万人口的阿兹台克帝国（现墨西哥）呢？因为阿兹台克人俘虏的一名西班牙士兵染上了天花。之后10年内，阿兹台克人口减少到650万人，生存者也丧失了斗志，一个强大的帝国就此消亡。
瘟疫无疑是人类的噩梦，但如何解梦有两个方向：一个是人类顽强地与病魔作斗争，不断去追求光明；另一个是研究可怕瘟疫的“可用”之处，一步步走向黑暗。瘟疫是可怕的，它对人类的攻击是无差别的，就像发动一场“全民战争”，而故意传播瘟疫的人则是全民公敌。从古至今，无论是瘟疫的传播者，还是生物武器的研发者，都在自己的脑门上深深地刻下两个字——绝密。在二战中，美国军方保密级别最高的工程有两项，一个是研制核武器的“曼哈顿计划”，另一个就是美军化学作战部特别计划处推动的生物武器工程。两个工程在人员上绝不允许交织，相关人员也不允许离开美国。
美国与生物武器：从“相知”“相恋”到“结婚”“生子”
1944年，英国制定了一个绝密轰炸计划，打算派遣重型轰炸机群携带4万多枚特制炸弹，重点轰炸包括柏林、汉堡等在内的6座德国城市。这些炸弹每枚都包括106颗重1.8公斤的“炭疽弹”。据计算，这400多万颗“炭疽弹”能杀死300万德国平民。轰炸过后，被炸过的地方将成为人类禁区。与此同时，英军还打算向德国空投几百万个“炭疽牛肉饼”。这些饼并不是牛肉做的，而是牛非常喜欢吃的亚麻籽饼。英方组织女工往这些饼中注入炭疽热孢子，这种病菌会导致牛大量死亡，并使人类患上炭疽病。肉牛和奶牛的“消亡”将直接影响德国军队和百姓的食品供应。
以上这些计划最终因过于残酷以及盟军已在战场上掌握主动权而没有付诸实施。不过，这种“炭疽弹”已经被大量生产出来。它的诞生地是美国印第安纳州维哥县的一家兵工厂。之所以英国要与美国合作，是因为生物武器的大规模研发、试验、储存和生产，需要有强大的工业实力作为后盾，美国很符合要求，而且愿意参与其中。
以上这些历史告诉我们，美国的生物武器计划始于欧洲的“需求”。生物武器研制真正上升到国家层面是从20世纪20年代开始的，法国首开其端，英美等国紧随其后。这些国家之所以对生物武器研发“趋之若鹜”，是因为这些武器与化学武器一样，能在不摧毁基础设施的情况下，对敌方进行大规模杀伤，同时保存自己的实力。与化学武器等大规模杀伤性武器相比，生物武器有几个特点更受重视：一是全面无差别杀伤，而且以针对平民为主，可以削弱敌国的参战能力；二是使用更加隐蔽，很容易被认为是战争期间“正常”的疫情暴发；三是防护困难；四是技术门槛相对低，成本要求也不高，而且杀伤力并不弱。
在二战中，英国认为德国可能用轰炸机对英发动生物战，因此大力开发生物武器，以随时对德国进行报复，而向英国提供“弹药”的重任就落在了美国身上。1943年，美军的化学作战部组建了高度保密的特别计划处，这个机构以马里兰州弗雷德里克的德特里克营为中心，而德特里克营就是后来在生物武器方面“驰名全球”的德特里克堡。特别计划处建立后，甚至在美国军队内部都高度保密，相关技术人员直接听命于化学作战部官员和华盛顿。美国当时的态度是不在战场上首先使用化学和生物武器，但生产大量的化学战剂和生物弹药提供给英国。为此，化学作战部把位于维哥县的一家兵工厂作为秘密试验和生产的据点。据点中有铁路专线，有1.8万平方米的爆炸试验场地，有46个弹药库和３个大型地下储藏设施，还有厂房和上千人的兵营。美军在这里大量生产炭疽孢子、特制炸弹和炸弹填充物。德特里克营则于1944年开办生物战学校，这所学校培养的大批军官被派往欧洲和太平洋战场。在更大的范围内，特别计划处与包括哈佛大学在内的很多美国名校进行科研合作。
到二战结束前，美国在生物武器研发方面投入的资金达到了恐怖的4亿美元，而耗资巨大的原子弹项目只是它的5倍。在日本快要投降时，美国计划终止特别计划处的工作，将战时形成的生产力逐渐转向和平用途，但当时的美军作战部部长斯蒂姆逊下令，生物战的研究活动不能停。这才有了后来美国为臭名昭著的日军731部队军官提供庇护的丑闻，以及在朝鲜战场上对中朝军队使用生物武器的事件。
冷战的到来彻底改变了美国对生物武器的态度。生物战构想达到顶峰，因为美方希望生物武器的攻击力达到核武器级别，或者在使用核弹之后，马上使用生物武器，以彻底摧毁对方的军事目标和人们的抵抗意志。此外，在冷战两大阵营进行高度紧张的军事对峙情况下，使用生物武器“不着痕迹”的特点受到重视。事实上，美国一直在“生化并举”，不仅在朝鲜战争中使用过生物武器，也在越南战争中用过脱叶剂和针对农作物的抑制剂。古巴导弹危机发生时，美军做好了播撒委内瑞拉马脑炎病毒的准备。
虽然美国在暗中干得很欢，但生物和化学武器始终是不被国际社会所接受的。1969年，美国媒体曝光了曾被掩盖的生化武器事故，美国国内哗然，而美军在越南使用化学武器也受到国际谴责。美苏之间开始筹备军控谈判。在各方压力下，时任美国总统尼克松于1969年11月25日发表讲话，宣布美国放弃生物武器，并限制化学武器的生产。然而，所谓的“放弃”是指美国将生物武器的研发限定在防卫范畴内。后来，美国认为苏联是一个生物武器领域的庞然大物，所以华盛顿有意模糊防卫和进攻之间的区别，在极端保密的情况下始终没有放弃相关研发。
美国版“生化危机”为何“生生不息”
1991年，苏联轰然倒塌。之后，美国国防部国防减灾局制定了一项旨在销毁俄罗斯和独联体国家核武器、化学武器及其他大规模杀伤性武器的计划，其中就包括“减少生物威胁计划”。与此同时，美国军方乘虚而入，以防止生物威胁为幌子“猎取”苏联生物武器专家和技术，并对苏联遗留在独联体各国的生物设施进行升级改造，建立高级别防护的生物实验室，同时还获得苏联在生物武器领域的许多研究成果。
最大对手“突然死亡”，美国人本以为可以高枕无忧了，但很快笑容就从他们的脸上消失了。因为美国人发现，一个苏联倒下去，还有更多敌人冒出来。巴尔干、中东和非洲的战乱国家、各种极端组织，甚至一些个人，从国际市场上获得大国研制的非常规武器都变得更容易了。如果说核武器门槛较高、化学武器打击能力有限的话，那么生物武器不仅“易得”，而且“好用”，因为它针对的是没有防护能力的平民。
冷战结束后的前十年，美国的目光紧紧盯着几个反美国家。转折点是2001年的“9·11”事件，在恐怖分子劫持飞机发起自杀式袭击后，出现了大规模的炭疽邮件攻击。当时，数百人接触到了炭疽孢子。在此之前，美国在执行《禁止生物武器公约》方面已经有所后退，此后更是态度消极。它在国内建立强大民防系统的同时，在国际上大量部署由军方控制的生物实验室。美国人意识到，能威胁到美国的生物武器，如果与美国的强大科技和军事实力“嫁接”，一定能成为自己手中的撒手锏。
纵观美国历史，从建国到现在，240多年只有16年没打仗。这充分说明，美国人才是名副其实的“战斗民族”。中国明代思想家、文学家、军事家王守仁也就是王阳明说过一句名言——破山中贼易，破心中贼难。美国就是典型的“心贼太盛”、贪欲横行。美国脑海中有太多的敌人，只要有敌人在，华盛顿对生物武器的“迷恋”就不会停止。（《环球时报》3月22日7版文章，作者： 李 剑）
瘟疫的“可怕”与“可用”
在人类历史上，如果有一个恐怖排行榜的话，居于榜首的肯定是瘟疫。1346年，可怕的鼠疫在现在的乌克兰境内暴发，外逃的人们把这个“死神”带到了西西里岛，之后扩散到整个欧洲大陆。在短短5年时间里，第一波鼠疫就杀死了欧洲1/3到1/2的人口。其实，早在这场大灾难发生1000多年前，强大的罗马帝国就曾经5次被鼠疫攻击。这种可怕的瘟疫不仅严重削弱了罗马帝国，而且击碎了东罗马帝国的复兴之梦。另一种可怕的瘟疫就是天花。15世纪末，当欧洲殖民者登上美洲新大陆的时候，他们带去了这种最致命的“武器”。为什么当时几百名西班牙殖民者能够征服有2500万人口的阿兹台克帝国（现墨西哥）呢？因为阿兹台克人俘虏的一名西班牙士兵染上了天花。之后10年内，阿兹台克人口减少到650万人，生存者也丧失了斗志，一个强大的帝国就此消亡。
瘟疫无疑是人类的噩梦，但如何解梦有两个方向：一个是人类顽强地与病魔作斗争，不断去追求光明；另一个是研究可怕瘟疫的“可用”之处，一步步走向黑暗。瘟疫是可怕的，它对人类的攻击是无差别的，就像发动一场“全民战争”，而故意传播瘟疫的人则是全民公敌。从古至今，无论是瘟疫的传播者，还是生物武器的研发者，都在自己的脑门上深深地刻下两个字——绝密。在二战中，美国军方保密级别最高的工程有两项，一个是研制核武器的“曼哈顿计划”，另一个就是美军化学作战部特别计划处推动的生物武器工程。两个工程在人员上绝不允许交织，相关人员也不允许离开美国。
美国与生物武器：从“相知”“相恋”到“结婚”“生子”
1944年，英国制定了一个绝密轰炸计划，打算派遣重型轰炸机群携带4万多枚特制炸弹，重点轰炸包括柏林、汉堡等在内的6座德国城市。这些炸弹每枚都包括106颗重1.8公斤的“炭疽弹”。据计算，这400多万颗“炭疽弹”能杀死300万德国平民。轰炸过后，被炸过的地方将成为人类禁区。与此同时，英军还打算向德国空投几百万个“炭疽牛肉饼”。这些饼并不是牛肉做的，而是牛非常喜欢吃的亚麻籽饼。英方组织女工往这些饼中注入炭疽热孢子，这种病菌会导致牛大量死亡，并使人类患上炭疽病。肉牛和奶牛的“消亡”将直接影响德国军队和百姓的食品供应。
以上这些计划最终因过于残酷以及盟军已在战场上掌握主动权而没有付诸实施。不过，这种“炭疽弹”已经被大量生产出来。它的诞生地是美国印第安纳州维哥县的一家兵工厂。之所以英国要与美国合作，是因为生物武器的大规模研发、试验、储存和生产，需要有强大的工业实力作为后盾，美国很符合要求，而且愿意参与其中。
以上这些历史告诉我们，美国的生物武器计划始于欧洲的“需求”。生物武器研制真正上升到国家层面是从20世纪20年代开始的，法国首开其端，英美等国紧随其后。这些国家之所以对生物武器研发“趋之若鹜”，是因为这些武器与化学武器一样，能在不摧毁基础设施的情况下，对敌方进行大规模杀伤，同时保存自己的实力。与化学武器等大规模杀伤性武器相比，生物武器有几个特点更受重视：一是全面无差别杀伤，而且以针对平民为主，可以削弱敌国的参战能力；二是使用更加隐蔽，很容易被认为是战争期间“正常”的疫情暴发；三是防护困难；四是技术门槛相对低，成本要求也不高，而且杀伤力并不弱。
在二战中，英国认为德国可能用轰炸机对英发动生物战，因此大力开发生物武器，以随时对德国进行报复，而向英国提供“弹药”的重任就落在了美国身上。1943年，美军的化学作战部组建了高度保密的特别计划处，这个机构以马里兰州弗雷德里克的德特里克营为中心，而德特里克营就是后来在生物武器方面“驰名全球”的德特里克堡。特别计划处建立后，甚至在美国军队内部都高度保密，相关技术人员直接听命于化学作战部官员和华盛顿。美国当时的态度是不在战场上首先使用化学和生物武器，但生产大量的化学战剂和生物弹药提供给英国。为此，化学作战部把位于维哥县的一家兵工厂作为秘密试验和生产的据点。据点中有铁路专线，有1.8万平方米的爆炸试验场地，有46个弹药库和３个大型地下储藏设施，还有厂房和上千人的兵营。美军在这里大量生产炭疽孢子、特制炸弹和炸弹填充物。德特里克营则于1944年开办生物战学校，这所学校培养的大批军官被派往欧洲和太平洋战场。在更大的范围内，特别计划处与包括哈佛大学在内的很多美国名校进行科研合作。
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冷战结束后的前十年，美国的目光紧紧盯着几个反美国家。转折点是2001年的“9·11”事件，在恐怖分子劫持飞机发起自杀式袭击后，出现了大规模的炭疽邮件攻击。当时，数百人接触到了炭疽孢子。在此之前，美国在执行《禁止生物武器公约》方面已经有所后退，此后更是态度消极。它在国内建立强大民防系统的同时，在国际上大量部署由军方控制的生物实验室。美国人意识到，能威胁到美国的生物武器，如果与美国的强大科技和军事实力“嫁接”，一定能成为自己手中的撒手锏。
纵观美国历史，从建国到现在，240多年只有16年没打仗。这充分说明，美国人才是名副其实的“战斗民族”。中国明代思想家、文学家、军事家王守仁也就是王阳明说过一句名言——破山中贼易，破心中贼难。美国就是典型的“心贼太盛”、贪欲横行。美国脑海中有太多的敌人，只要有敌人在，华盛顿对生物武器的“迷恋”就不会停止。（《环球时报》3月22日7版文章，作者： 李 剑）
重绘火山喷发历史 贝叶斯方法画出更精准时间轴
火山灰年代学可以帮助我们解决一些重要的科学问题，比如大型火山喷发事件与气候变化、人类演化之间的成因联系，以及气候快速变化事件的区域差异等。
西班牙加纳利群岛拉帕尔马岛火山自9月19日爆发后，至今仍在持续活动。大规模的火山喷发会释放出大量火山气体和火山灰，可能对地球气候和人类活动造成严重影响。
而对于科学家来说，火山灰是极佳的研究对象，是理解地球系统演化的关键信息。近日，中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室、深地科学卓越研究中心博士后陈宣谕，中国科学院院士徐义刚与英国学者合作，采用贝叶斯统计方法研究了两大火山灰的火山喷发年龄，在年轻火山喷发定年研究中取得新进展，相关研究发表于《第四纪地质年代学》。
确定火山灰年龄意义重大
火山灰是指火山爆炸性喷发形成的、直径小于2毫米的喷发碎屑。在爆炸性火山活动中，围岩和岩浆被炸碎成细小的颗粒从而形成火山灰。火山灰从火山口喷发到大气中，经过大气搬运再沉降到各类环境中，整个过程时间非常短，通常只有数年左右。从地质时间尺度来看，这几乎是瞬时的，所以在各种地质记录中，火山灰是一种高精度的绝对时间标志层。
“火山灰年代学研究是利用地质记录中的火山灰层来确定地质年代的科学，研究内容涉及火山灰的化学成分、地层位置、空间分布，以及喷发年代等。”陈宣谕表示，火山灰年代学可以帮助我们解决一些重要的科学问题，比如大型火山喷发事件与气候变化、人类演化之间的成因联系，以及气候快速变化事件的区域差异等。
值得一提的是，绝对时间是地球科学研究中的一个重要参数，只有得到各个地质事件发生的准确年代，才能判断相关事件的因果关系（比如火山喷发与气候变化）和了解地球完整的演化历史。
火山灰年代学的核心原理之一，是不同地点发现的相同火山灰层具有一致的年龄，因此厘定火山灰标志层准确的喷发年龄十分关键，其可用于各类地质、古环境和考古学记录的定年。本次选取的研究对象为Ko-g和Ma-f~j火山灰，它们是日本北部重要的时间标志层，分别来自北海道驹岳和摩周火山全新世规模最大的普林尼式喷发。
“尽管过去的研究对上述火山灰开展了大量的放射性碳（14C）测年工作，但不同研究的结果差异较大，关于火山灰的喷发年龄尚无一致认识。” 陈宣谕指出，过去的研究中还存在采样偏差、可能的样品污染以及14C年龄校正等问题，这些问题对单个14C测年结果影响较大。
此次研究中，研究人员利用贝叶斯统计建模方法开展火山喷发年龄研究。经综合分析所有近源和远源年代学和地层学信息后，该研究为Ko-g火山灰提供了目前最准确且最精确的年龄估算，而为Ma-f~j火山灰提供了目前最准确的年龄估算，确证了上述两次大型喷发分别发生在距今约6600和7500年以前。
火山灰定年方法总体有两大类
对火山喷发时间的估算实际上是对喷发产物的定年研究。火山灰是火山爆炸性喷发的产物，对其开展定年大体上包括直接测年和间接测年两类方法。
直接测年利用火山灰中的原生矿物或玻璃确定火山灰年龄，方法主要是放射性测年法，如氩—氩法、铀系法、释光法等。间接测年利用包裹火山灰或被火山灰包裹的外来物质间接地确定火山灰年龄，方法主要是放射性测年法和增量法。如对火山喷发碎屑中的碳化木或火山灰下部土壤中的有机质开展的14C测年就属于放射性测年法，而通过纹层年代学、冰芯年代学得到的火山灰年龄则属于增量法。
“间接测年法还包括对含有火山灰的沉积层序开展年龄模拟，本次研究就属于这一范畴。”陈宣谕说。
据介绍，本次研究利用英国牛津大学的OxCal软件建立阶段模型分析火山灰的近源14C年龄。样品依据其与火山灰层的相对地层关系，被纳入不同的沉积阶段，如喷发前、同喷发、喷发后阶段。阶段模型在校正样品年龄的过程中，同时考虑了样品地层位置给火山灰带来的年代学制约。陈宣谕告诉记者：“这与先前研究中，将采自火山灰之中和之下（紧邻地层中）样品的年龄均认为是喷发年龄相比更为准确。”
由于Ko-g和Ma-f~j火山灰在远源湖泊中被识别，且相应湖泊沉积记录具有大量14C测年数据，这使得利用贝叶斯统计方法进一步分析所有近、远源信息成为可能。研究人员利用湖泊14C年代学和地层学数据，构建了正式的“沉积”模型，该模型利用泊松过程模拟湖泊沉积物形成过程。根据火山灰在沉积记录中的层位，沉积模型在相应位置交叉引用了上述两层火山灰的阶段模型，实现了同时分析与火山灰相关的所有可用的年代学和地层学信息。
有助完善东亚全新世火山灰地层框架
本次研究运用的年代学建模方法是基于贝叶斯分析的一种统计方法。
“贝叶斯分析方法就是将关于未知参数的先验信息与样本信息综合，根据贝叶斯公式得出后验信息，再根据后验信息推断未知参数的方法。该方法的优势之一是在处理非常复杂问题时的高效性。”据陈宣谕介绍，对于东亚火山灰研究，过去对火山喷发年龄的估算通常基于单个14C测年结果，但由于采样偏差、可能的样品污染以及14C年龄校正等问题，单个样品测年结果的误差较大，不同研究得到的结果可以相差数千年的时间。
“测年结果的误差主要与两方面因素有关。一方面是各类测年方法固有的误差，如仪器测定的误差，又如14C年龄校正过程中产生的误差，这类误差较难避免；另一方面，是采样过程中可能存在的偏差或样品污染等，这类误差属于样品处理过程中人为引入的误差，通常可以避免。”陈宣谕说。
本次研究利用贝叶斯统计方法构建模型，综合分析了来自多个地点的、与火山灰相关的所有可用的年代学信息，同时还将地层学信息纳入模型。这类综合分析大量信息的方法，使得对火山喷发年龄估算的准确度有极大的提升。研究中，喷发年龄估算的精确度也较过去的研究有所提升。
在国际火山学界，学者们已经意识到贝叶斯统计方法可以为估算火山喷发年龄提供准度和精度更高的结果，该方法也越来越多地被应用至火山灰年代学研究中。大型爆炸性火山喷发的产物，由于其分布广泛，常在不同记录中被发现和测年，因此文献中有很多这类火山灰的地层和年龄信息，而利用贝叶斯统计方法可以综合分析这些信息并对火山喷发年龄进行优化。
“这一方法目前在欧美地区应用较多，但在亚洲地区应用很少。”陈宣谕表示，该项研究是利用贝叶斯统计方法优化火山灰年龄的一个范例，研究结果厘清了过去关于火山喷发年龄的争论，增强了相应火山灰作为定年工具的作用，为完善东亚全新世火山灰地层框架提供了关键信息。
来源：科技日报
火山灰年代学可以帮助我们解决一些重要的科学问题，比如大型火山喷发事件与气候变化、人类演化之间的成因联系，以及气候快速变化事件的区域差异等。
西班牙加纳利群岛拉帕尔马岛火山自9月19日爆发后，至今仍在持续活动。大规模的火山喷发会释放出大量火山气体和火山灰，可能对地球气候和人类活动造成严重影响。
而对于科学家来说，火山灰是极佳的研究对象，是理解地球系统演化的关键信息。近日，中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室、深地科学卓越研究中心博士后陈宣谕，中国科学院院士徐义刚与英国学者合作，采用贝叶斯统计方法研究了两大火山灰的火山喷发年龄，在年轻火山喷发定年研究中取得新进展，相关研究发表于《第四纪地质年代学》。
确定火山灰年龄意义重大
火山灰是指火山爆炸性喷发形成的、直径小于2毫米的喷发碎屑。在爆炸性火山活动中，围岩和岩浆被炸碎成细小的颗粒从而形成火山灰。火山灰从火山口喷发到大气中，经过大气搬运再沉降到各类环境中，整个过程时间非常短，通常只有数年左右。从地质时间尺度来看，这几乎是瞬时的，所以在各种地质记录中，火山灰是一种高精度的绝对时间标志层。
“火山灰年代学研究是利用地质记录中的火山灰层来确定地质年代的科学，研究内容涉及火山灰的化学成分、地层位置、空间分布，以及喷发年代等。”陈宣谕表示，火山灰年代学可以帮助我们解决一些重要的科学问题，比如大型火山喷发事件与气候变化、人类演化之间的成因联系，以及气候快速变化事件的区域差异等。
值得一提的是，绝对时间是地球科学研究中的一个重要参数，只有得到各个地质事件发生的准确年代，才能判断相关事件的因果关系（比如火山喷发与气候变化）和了解地球完整的演化历史。
火山灰年代学的核心原理之一，是不同地点发现的相同火山灰层具有一致的年龄，因此厘定火山灰标志层准确的喷发年龄十分关键，其可用于各类地质、古环境和考古学记录的定年。本次选取的研究对象为Ko-g和Ma-f~j火山灰，它们是日本北部重要的时间标志层，分别来自北海道驹岳和摩周火山全新世规模最大的普林尼式喷发。
“尽管过去的研究对上述火山灰开展了大量的放射性碳（14C）测年工作，但不同研究的结果差异较大，关于火山灰的喷发年龄尚无一致认识。” 陈宣谕指出，过去的研究中还存在采样偏差、可能的样品污染以及14C年龄校正等问题，这些问题对单个14C测年结果影响较大。
此次研究中，研究人员利用贝叶斯统计建模方法开展火山喷发年龄研究。经综合分析所有近源和远源年代学和地层学信息后，该研究为Ko-g火山灰提供了目前最准确且最精确的年龄估算，而为Ma-f~j火山灰提供了目前最准确的年龄估算，确证了上述两次大型喷发分别发生在距今约6600和7500年以前。
火山灰定年方法总体有两大类
对火山喷发时间的估算实际上是对喷发产物的定年研究。火山灰是火山爆炸性喷发的产物，对其开展定年大体上包括直接测年和间接测年两类方法。
直接测年利用火山灰中的原生矿物或玻璃确定火山灰年龄，方法主要是放射性测年法，如氩—氩法、铀系法、释光法等。间接测年利用包裹火山灰或被火山灰包裹的外来物质间接地确定火山灰年龄，方法主要是放射性测年法和增量法。如对火山喷发碎屑中的碳化木或火山灰下部土壤中的有机质开展的14C测年就属于放射性测年法，而通过纹层年代学、冰芯年代学得到的火山灰年龄则属于增量法。
“间接测年法还包括对含有火山灰的沉积层序开展年龄模拟，本次研究就属于这一范畴。”陈宣谕说。
据介绍，本次研究利用英国牛津大学的OxCal软件建立阶段模型分析火山灰的近源14C年龄。样品依据其与火山灰层的相对地层关系，被纳入不同的沉积阶段，如喷发前、同喷发、喷发后阶段。阶段模型在校正样品年龄的过程中，同时考虑了样品地层位置给火山灰带来的年代学制约。陈宣谕告诉记者：“这与先前研究中，将采自火山灰之中和之下（紧邻地层中）样品的年龄均认为是喷发年龄相比更为准确。”
由于Ko-g和Ma-f~j火山灰在远源湖泊中被识别，且相应湖泊沉积记录具有大量14C测年数据，这使得利用贝叶斯统计方法进一步分析所有近、远源信息成为可能。研究人员利用湖泊14C年代学和地层学数据，构建了正式的“沉积”模型，该模型利用泊松过程模拟湖泊沉积物形成过程。根据火山灰在沉积记录中的层位，沉积模型在相应位置交叉引用了上述两层火山灰的阶段模型，实现了同时分析与火山灰相关的所有可用的年代学和地层学信息。
有助完善东亚全新世火山灰地层框架
本次研究运用的年代学建模方法是基于贝叶斯分析的一种统计方法。
“贝叶斯分析方法就是将关于未知参数的先验信息与样本信息综合，根据贝叶斯公式得出后验信息，再根据后验信息推断未知参数的方法。该方法的优势之一是在处理非常复杂问题时的高效性。”据陈宣谕介绍，对于东亚火山灰研究，过去对火山喷发年龄的估算通常基于单个14C测年结果，但由于采样偏差、可能的样品污染以及14C年龄校正等问题，单个样品测年结果的误差较大，不同研究得到的结果可以相差数千年的时间。
“测年结果的误差主要与两方面因素有关。一方面是各类测年方法固有的误差，如仪器测定的误差，又如14C年龄校正过程中产生的误差，这类误差较难避免；另一方面，是采样过程中可能存在的偏差或样品污染等，这类误差属于样品处理过程中人为引入的误差，通常可以避免。”陈宣谕说。
本次研究利用贝叶斯统计方法构建模型，综合分析了来自多个地点的、与火山灰相关的所有可用的年代学信息，同时还将地层学信息纳入模型。这类综合分析大量信息的方法，使得对火山喷发年龄估算的准确度有极大的提升。研究中，喷发年龄估算的精确度也较过去的研究有所提升。
在国际火山学界，学者们已经意识到贝叶斯统计方法可以为估算火山喷发年龄提供准度和精度更高的结果，该方法也越来越多地被应用至火山灰年代学研究中。大型爆炸性火山喷发的产物，由于其分布广泛，常在不同记录中被发现和测年，因此文献中有很多这类火山灰的地层和年龄信息，而利用贝叶斯统计方法可以综合分析这些信息并对火山喷发年龄进行优化。
“这一方法目前在欧美地区应用较多，但在亚洲地区应用很少。”陈宣谕表示，该项研究是利用贝叶斯统计方法优化火山灰年龄的一个范例，研究结果厘清了过去关于火山喷发年龄的争论，增强了相应火山灰作为定年工具的作用，为完善东亚全新世火山灰地层框架提供了关键信息。
来源：科技日报
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