冰芯钻探:破解气候变化密码
“气象密码”是如何被记录的
在极地科学家的眼中,冰芯就像一本无字天书,蕴藏着地球气候变化的秘密。专家解释,降雪层里的化学成分可反映当时的大气环境,例如湿润的气候海缘性离子比较多——通过海洋蒸发,降水量大;如果是非常干燥的情况下,则陆缘性离子比较多。如此,通过研究冰芯可分析出气候的干燥、寒冷、温暖状况。
此外,雪堆积起来时其内部包含着大量的大气。这个大气随着雪逐渐被压缩成冰时又被囚禁在其中,与外部的大气完全隔离。每年下的雪又在此冰上堆积起来,最终冰进一步被压缩构成冰层。而囚锢在冰中的大气变成微小的气泡,再也不能漏泄到外面。经过漫长的岁月,气泡可称为“大气的化石”。因此,通过钻孔将含有这种气泡的冰取出研究,就可以知道有关当时地球环境的许多情况。
冰芯研究还能够推测过去一定时间内,地球温度的变化。据了解,普通的氧(氧16)对其稀有同位素(例如氧18)在化合物中的比率会随着温度的变化而变化。因此,只要把气泡中的氧16和氧18的比率测定出来,就能知道地球当时的温度。
另外,从冰芯中也能推断人类活动的情况。产业革命以后,地球大气中二氧化碳与甲烷分别增加了25%和150%,直到20世纪五六十年代进行核试验为止,南极的冰都正确地将人类活动的痕迹记录了下来。
“由于南极常年处于极低气温环境,少有人类活动的干扰。因此,这里的冰芯保真性非常良好,分辨率高,记录时间可长达几十万年,同时,它所蕴含的信息量也比其他自然物质要大,因此受到地球科学家们的青睐。”英国《新科学家》(New Scientist)杂志曾发布报道,日本科学家研究发现,南极的冰芯中甚至还包含了1000年前爆炸的超新星遗迹,在天文界引起了轰动。
为什么在冰穹A地区钻取的冰芯最有研究价值
我国昆仑站所在的南极内陆冰盖最高点冰穹A地区不仅是南极内陆冰盖的最高区域,也被国际社会公认为南极研究的制高点。
负责第27次南极考察南极内陆冰川学考察的,中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰冻圈科学国家重点实验室丁明虎博士指出,冰穹A对于冰川学的研究具有特殊的意义。冰穹A不仅是南极冰盖的最高点,也是东南极冰盖的中心。它距离南极各个海岸的距离都很远且大致相等,来自各个方向的水汽都有可能到达冰穹A,因此冰穹A地区的冰芯是周边所有海洋水汽共同作用产生的结果。
同时专家指出,因为南极的冰原不是平坦的,而是像倒扣过来的汤盘,中心有山巅,周边高度降低。冰原内部像一条非常缓慢流动的河,每年以大约68米的速度在流动。离开中心的冰,在上面巨大的压力下流向外侧,而冰穹A地区处于冰原最高点,没有水平移动,所以钻取的冰芯样本具有年代可比性,对其分析研究可以了解冰芯在此地形成过程中的不同年代的气象和环境信息。
冰芯故事
“把5000年历史都喝进肚子里”
2003年1月,欧洲南极冰芯钻探项目(EPICA)小组的科学家在南极一个叫协和丘冰层的表层以下3200米处,钻取到了离海床只有100米的冰芯。据专家考证,这根冰芯在75万年前形成,成为当时人类所获取的历史最悠久的冰芯。
2006年1月24日,日本第47次南极观测队在“富士圆顶”观测点成功钻取冰盖以下3028.5米的冰芯,专家认为,这块冰芯样本中包含了100万年前的气候数据。
“我最大的梦想是在南极的冰穹A地区钻到3000米以上的古老深冰芯。”中国极地研究中心副主任、中国南极昆仑站首任站长李院生表示,冰穹A的冰厚超过3000米,被公认为是最有可能钻取到超过100万年厚冰芯的地方。
在中国第26次南极考察中,科考队员们钻出一根来自冰穹A冰川下133米深的冰芯。据专家估计,这段冰芯中包含了5000—6000年以来的地球的气候密码。李院生和同伴们兴奋地捡起了冰芯带出的冰渣子,化成水煮沸后,泡茶喝下,并戏称为“把5000年历史都喝进肚子里”。
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