“同为“无字天书” 冰芯凝气候历史 湖芯藏环境档案”

本篇文章2107字，读完约5分钟

视觉中国供图

科学小组钻探的冰芯样本的回答机构提供图

冰芯被称为没有文字的环境密码档案库。 最近，我国科研人员利用自主设计的冰芯热钻系统和湖芯重力钻系统，首次获取了喀喇昆仑山脉国外的深冰芯和湖芯样品。 这些冰芯和湖芯样本可用于重建泛第三极地区的气候环境变化历史。
那么，冰芯和湖芯是怎么形成的呢？ 有记录环境变化的指标吗？ 用冰芯和湖芯测量的数据，有什么现实意义？ 就以上问题，科技日报记者采访了相关专家。
气候环境的无线存档
实际上，冰芯是指利用挖掘设备在冰川内部挖掘出的圆柱状冰块。 在高原的高寒地区，降雪年年堆积，但这些雪在一定的海拔和极地几乎不融化，形成冰川。 在长达数千年至百万年的日积月累中，降雪层层、年复一年，从底部向上逐渐形成不同的冰层，这些冰层从底部向上的年代越来越新。
研究人员告诉记者，通常冬天气温低，形成的雪粒优势细而密。 夏天气温很高，形成的雪粒会变成粗大稀疏的状态。 因此，冬季夏天积雪形成的冰层之间会出现明显的层理结构差异。
因此，研究人员从冰川中取出的这根冰棒，承载着数千年至百万年的气候环境变化，留下了史料。 不仅记录了过去气候环境自然变化的新闻，还记录了过去人类活动对气候环境的影响。 冰芯里的冰是哪一年降雪形成的，记录了哪一年的环境新闻。 研究冰芯就像读历史书一样，因为从底部到顶部，从旧到新，都可以还原气候环境变化的历史。 中国科学院青藏高原研究所研究员徐柏青告诉科技日报记者。
与冰芯相似的是，湖芯也是研究人员挖掘出的圆柱，但不同的是，湖芯来自湖泊沉积物，是从气体和水中自然沉降堆积到湖底的物质，各年代沉积物一层一层地堆积，其中的一点化学或生物性 与大规模环境变化记录者冰芯相比，湖芯是地域气候环境变迁和人类活动历史等的忠实记录者。 徐柏青说。
钻头和保存方法各不相同
钻冰芯并不容易。 要从冰川中得到冰芯，需要机械钻头和热钻等特殊的挖掘系统。 钻孔之前，科学小组通常会考察目标冰川，包括地质地形、冰层厚度、冰层下的地形等。 在冰川中部或下部挖掘冰芯，可能会击中消融区或流动的冰川，干扰因素很多。 通常在冰川顶、地形比较平坦的地方进行挖掘，以保证冰层新闻的完整性和连续性。 徐柏青说。
另外，他还介绍说，为了防止打出来的冰芯溶解，冰芯要在晚上打。 根据实际地形条件，科研人员必须选择不同的钻头。 例如，热钻在热环下熔化，容易打得很深，但要通电，陡峭的冰川不能带发电机。 另外，冷钻分为机械钻头和重锤钻头等，根据冰层的硬度和厚度等进行选择。
挖湖心的过程更考验经验和耐心。 科员们将采集管放在湖底后，通过重力作用将堆积物样本放入管中，将采集管抬起。 如果采样器接触沉积物表面时立场发生偏移，得到的沉积物就无法真实反映年代的气候。 另外，采样量也必须正好受益，采样管下沉过浅可能得不到样品，下沉过深可能导致采样管中的样品严重挤压变形。
冰芯和湖芯被挖掘后，需要进行编号以防止顺序和层次混乱，并显示冰芯和湖芯的上下顺序。 为了防止污染，也进行了严格的密封。
关于冰芯和湖芯的残留，两者也有很大的差异。 冰芯需要留在冷冻环境下，冷冻箱的温度通常为零下25℃； 但是，湖芯不能冷冻。 湖芯冷冻后，其结构发生变化，通常将钻孔的湖芯保留在4℃ 7℃的环境下。 徐柏青说。
记录环境变化的指标有差异
徐柏青可以将记录冰芯环境变化的指标分为3类。 第
个是冰本身携带的新闻，是给水分子制作拷贝。 徐柏青说，水分子由氢和氧两个元素组成，通过测量冰芯中氢、氧同位素的比率可以推断过去环境温度的高低，冰芯的积累速度可以显示降水量大小的变化。
高原的冰来源于降水，降水过程中会发生同位素分流的现象，较重的同位素容易随降水而下落，较轻的同位素容易变成气体。 这个分流过程与温度有很大关系，通过同位素的测定可以分解当时大气的温度。 徐柏青说。 另外，冰本身的结构、晶体的大小及其排列与其形成时的环境有很大的关系，反映了冰川形成的动力特征和过程。
第二类指标是冰芯中含有的各种物质。 通过分解水和所含矿物等冰芯组成物质，可以恢复历史时期的重要环境问题。 例如，通过冰中粉尘含量的多少可以推断出当时沙尘暴活动的强度。 中国科学院青藏高原研究所的游超博士发现，根据从冰芯中检测出的左旋葡聚糖含量的变化，估计自1990年以来，亚热带亚洲地区的生物质燃烧有增强的趋势。
另外，高原上的冰是积雪的，下雪的时候，粒子之间有间隙，在雪凝固成冰的过程中，封闭了间隙中的气泡。 这些泡沫是结冰时地球的大气，含有关于过去的无限信息。 通过研究冰芯气泡中的气体成分和含量，可以揭示大气成分的演化历史，如二氧化碳、甲烷等温室气体的历史变化过程。
与冰芯相比，湖芯的记录环境变化指标相对单一。 徐柏青说，湖芯的首要检测对象是它所含的各类物质，根据沉积物的成分不同，所反映的环境变化的新闻也不同。 例如，曾有科研人员通过珠穆朗玛峰南部地区湖芯硫含量的增加，发现硫同位素的一些变化主要是由于粉尘源气溶胶传播的增加和与气候变暖相关的地表风化剥蚀的加强，对认识喜马拉雅山高地气候和生态敏感区的环境变化特征起着很大的作用 (记者陆成宽)