蕭楚

冰芯與其他可以提取氣候信息變化的介質(zhì)相比，“性價(jià)比”更高。它在低溫下保存，不容易“失真”；分辨率也高，記錄的序列長(zhǎng)達(dá)幾十萬(wàn)年，信息量大，因此受到科學(xué)家的青睞。

我們常常感嘆時(shí)光匆匆，一去不復(fù)返。實(shí)際上，時(shí)間并非揮一揮衣袖，不帶走一片云彩。它帶走了歲月，卻也留下了痕跡。在自然界，氣候環(huán)境的歷史痕跡留下來(lái)了，它們印刻在冰芯、樹(shù)木年輪、石筍、湖泊沉積物、珊瑚沉積物、黃土、深海巖芯等上面。

研究冰芯就可以揭秘氣候變化的歷史嗎？答案是肯定的。在南極、北極和青藏高原等地，分布著厚厚的冰層，那里藏著冷凍的時(shí)間膠囊，時(shí)間膠囊中還存有很多重大的歷史事件?？茖W(xué)家們?yōu)榱俗屵@些冰封的檔案重見(jiàn)天日，就去鉆取冰芯，來(lái)了解全球環(huán)境的變化。不久前，中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所所長(zhǎng)姚檀棟院士通過(guò)冰芯的鉆取和分析、冰川變化的觀測(cè)、遙感圖像分析等手段，證實(shí)如今是近2000生來(lái)氣候最暖時(shí)期，同時(shí)全球變暖是青藏高原冰川退縮和區(qū)域變化的重要原因，為政府間氣候變化合作組織對(duì)全球變暖的評(píng)估提供了重要證據(jù)。姚檀棟院士也因此獲得了2017年維加獎(jiǎng)。維加獎(jiǎng)又被何方神圣？姚檀棟院士研究的冰芯和氣候之間又有什么關(guān)系呢？讓我們一起來(lái)了解一下。

知識(shí)小鏈接

什么是維加獎(jiǎng)？

維加獎(jiǎng)創(chuàng)立于1881年，為紀(jì)念地理學(xué)家阿道夫·艾瑞克·諾登舍爾德在1878-1880年間首次完成環(huán)繞歐亞大陸的歷史性航行而設(shè)立。維加獎(jiǎng)含金量十足，由瑞典人類學(xué)與地理學(xué)會(huì)每三年在世界范圍內(nèi)的地學(xué)領(lǐng)域科學(xué)家中選出一名獲獎(jiǎng)?wù)摺Ｒμ礂澰菏渴鞘孜猾@得該獎(jiǎng)的中國(guó)科學(xué)家，也是獲此殊榮的首位亞洲科學(xué)家。

吹盡風(fēng)雪始到“芯”

冰芯在我們的生活中并不常見(jiàn)，要找到它們，就得去到遙遠(yuǎn)的南北極或青藏高原，在那里分布著許多冰川和冰蓋。冰芯就藏在冰川和冰蓋里面，在冰川或冰蓋中心（積累時(shí)間長(zhǎng)）鉆取的柱狀樣本，就是冰芯了，它們是時(shí)間冷凍的膠囊，可以幫助科學(xué)家重現(xiàn)過(guò)去的氣候。

冰芯的采集并不容易。淺層的冰芯用鉆探就能鉆取，但是深層的冰芯，就要用大型鉆冰設(shè)備來(lái)獲取了，鉆取之后，要格外注意，冰芯如果被潤(rùn)滑油、灰塵等污染，就白費(fèi)功夫了。

深層冰芯鉆取、取樣過(guò)程

1.鉆取冰芯前要先找到合適的地點(diǎn)挖雪坑，搭棚架鉆

2.冰川表層的雪不夠密，要將雪坑挖到一定的深度，再用冰芯鉆鉆取冰芯

3.冰芯鉆探成功

4.小心地將冰芯取出，注意不要被污染

5.按照一定長(zhǎng)度截取并記錄信息，仔細(xì)包裝，將冰芯裝入預(yù)先準(zhǔn)備好的冰樣袋中封存

6.冰芯的記錄一定要非常仔細(xì)，要按照樣品編號(hào)，準(zhǔn)確記錄長(zhǎng)度、頭部和尾部，防止頭尾顛倒

冰芯和樹(shù)輪一樣，也是層次分明，一層一層的。它的冰層始于雪層堆積，每一層雪的化學(xué)成分和質(zhì)地都不一樣，夏季雪和冬季雪也不相同。隨著時(shí)間的推移，上層的雪重力壓縮下層的雪，形成了冰。每一層冰對(duì)應(yīng)1年和當(dāng)年季節(jié)，頂部的冰層年代最新，而底層的冰層年代最老。

打開(kāi)古氣候變化的“新鑰匙”

通過(guò)冰芯的記錄，科學(xué)家們能夠確定過(guò)去的大氣成分和變化，下雪時(shí)的氣候是什么樣子，以及冰川、冰蓋大小的變化和過(guò)去氣候條件的改變。冰芯提供了氣候和冰川運(yùn)動(dòng)的信息，記錄時(shí)間長(zhǎng)、精度高，能精確到以年為單位。冰川學(xué)家通過(guò)了解氣候是如何變遷以及氣候?yàn)槭裁磿?huì)變遷，便能提高對(duì)未來(lái)氣候預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

冰芯研究之所以成為氣候研究的熱點(diǎn)和突破點(diǎn)，就不得不提到冰芯所蘊(yùn)含的豐富的氣候歷史信息。冰雪是由大氣中的液態(tài)水形成的，水作為自然界最常見(jiàn)溶質(zhì)，包含各種化學(xué)元素。各年份的降雪形成連續(xù)冰川冰層，構(gòu)成了地球環(huán)境的化學(xué)元素歷史記錄，這些記錄能夠分析出當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐臍v史溫度、火山活動(dòng)、太陽(yáng)活動(dòng)和環(huán)境突變事件等信息。那么，冰芯是怎么成為歷史氣候的“見(jiàn)證者”的呢？

冰芯氣泡：古氣候的“見(jiàn)證者”

當(dāng)?shù)氐臍v史溫度可以用冰芯氣泡中氣體的成分及含量來(lái)測(cè)定。那么，冰芯中的氣泡是怎么形成的呢？原來(lái)，降雪在下落到地面的過(guò)程中會(huì)裹挾大氣中的微粒、花粉以及生物殘?bào)w等。這些在冰川中最后保留下來(lái)的物質(zhì)能夠反映出歷史時(shí)期火山活動(dòng)、生物種類和數(shù)量變化等環(huán)境信息。此外，冰川冰由泡沫狀雪粒形成，在形成過(guò)程中，雪粒中的空氣被擠壓形成了一個(gè)個(gè)小氣泡保存下來(lái)。這些氣泡如同一顆顆珍貴的時(shí)間膠囊，儲(chǔ)存了形成年份的大氣信息，包括大氣各氣體比例、二氧化碳和甲烷等溫室氣體含量等。冰芯中氣泡的發(fā)現(xiàn)，打開(kāi)了全球氣候變化研究的大門(mén)。通過(guò)對(duì)冰芯中這些精準(zhǔn)信息的分析和匯總，我們能夠更清晰地了解氣候環(huán)境演變的歷史，以及溫室氣體變化對(duì)全球氣溫的影響。

冰芯中氣泡的發(fā)現(xiàn)還有一段有趣的故事，頗具傳奇色彩。19世紀(jì)末，人類開(kāi)始了對(duì)極地的探索，在20世紀(jì)中期格陵蘭島上冰蓋的科研營(yíng)地，科研人員鉆取了冰蓋內(nèi)的冰芯，最初是用于對(duì)于極地氣溫和環(huán)境的研究。當(dāng)時(shí)一些鉆取的冰芯在測(cè)量溫度后沒(méi)什么用，被他們切成一小段，挖開(kāi)做成杯狀來(lái)裝酒喝。晶瑩剔透的冰杯裝上美酒，賞心悅目。一位科學(xué)家在品酒時(shí)由于“冰芯酒杯”透鏡效應(yīng)發(fā)現(xiàn)冰芯之中有許多小氣泡，當(dāng)時(shí)腦中靈光閃現(xiàn)，發(fā)覺(jué)氣泡是儲(chǔ)存古氣候的時(shí)間膠囊。冰芯中氣泡的發(fā)現(xiàn)，打開(kāi)了古氣候研究的一扇大門(mén)。

知識(shí)擴(kuò)展

除了冰芯，還有什么能夠還原歷史氣候真面目？

除了冰芯，樹(shù)木年輪、石筍、湖泊沉積物、珊瑚沉積物、黃土、深海巖芯等都是歷史氣候的“見(jiàn)證者”。其中，樹(shù)木年輪最為常見(jiàn)，也是我們較為熟悉的“見(jiàn)證者”。

樹(shù)木的年輪告訴我們的遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止樹(shù)木的年齡。春天，樹(shù)木生長(zhǎng)，緊挨著樹(shù)皮里的細(xì)胞開(kāi)始分裂，分裂后的細(xì)胞大而壁薄，顏色淺，就是早期木；秋天，樹(shù)木就進(jìn)入緩慢生長(zhǎng)期，樹(shù)木細(xì)胞生長(zhǎng)緩慢，細(xì)胞壁增厚，體積縮小，顏色變深，就是晚期木。上一個(gè)生長(zhǎng)季的深色晚期木和下一個(gè)季節(jié)淺色的晚期木之間存在著明顯的明暗界線。從橫斷面來(lái)看，這些界線形成了一個(gè)同心圓圓環(huán)，這就是樹(shù)木一年所形成的年輪。

年輪的變化與氣溫、氣壓、降水量有一定的關(guān)系。如果一年中陽(yáng)光充足、風(fēng)調(diào)雨順，年輪較寬；如果情況正好相反，一年中溫度低、雨量少、氣候惡劣，則年輪較窄。

旅行的時(shí)候，樹(shù)樁上的年輪還能夠幫助我們辨別方向呢。樹(shù)干朝南的一側(cè)因?yàn)殛?yáng)光充足，所以年輪較寬；朝北的一側(cè)剛好相反，年輪較窄。

在之前發(fā)生過(guò)什么地質(zhì)災(zāi)害，樹(shù)輪也會(huì)記載下來(lái)。地震造成地面移動(dòng)傾斜后，年輪上會(huì)留下樹(shù)干為了筆直生長(zhǎng)所作出努力的痕跡。根系橫越斷層或者位于斷層面附近，由于樹(shù)木生長(zhǎng)受到阻礙，該年形成的年輪就比較小。

古代動(dòng)物留下的骨骼、碳化的植物等，都是古代氣候的記錄者。比如說(shuō)竹鼠，這本是一種亞熱帶動(dòng)物，但考古學(xué)家在西安發(fā)現(xiàn)了它們的遺跡，說(shuō)明那時(shí)西安的氣候比現(xiàn)在溫暖潮濕。時(shí)光匆匆，卻也給我們留下無(wú)數(shù)痕跡，剩下的還有待同學(xué)們?nèi)グl(fā)掘！