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科学家挖270万年前"老冰棍" 想揭秘远古气候演变

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本报记者 陈 瑜科学家挖270万年前老冰棍 想揭秘远古气候演变

阿拉斯加朱诺冰原地区的蓝冰 效存德摄

科学家挖270万年前老冰棍 想揭秘远古气候演变

;南极冰中包裹的气泡 史贵涛摄科学家挖270万年前老冰棍 想揭秘远古气候演变2017年7月效存德在北极朱诺峡湾冰川考察,身后为崩解入海的蓝色冰山。

据近期刊登在《科学》杂志的一篇文章描述,由普林斯顿大学领导的科研团队最近在巴黎举行的哥德斯密特大会上首次宣布,在南极钻取了一块来自270万年前的“百万年冰芯”。

消息一经传出,有网友调侃,“真是一块老冰棍。”

目前最长时间序列的冰芯来自约80万年前,包括我国在内的多国科学家,近年来苦苦寻找超过100万年的冰芯,但迟迟不见结果,这块来自270万年前的“老冰棍”自然让人新鲜。大家同时感兴趣的是,来自美国的这个科研团队,用什么方法找到了这块“老冰棍”,这种方法是否可靠?

冰芯气泡里“藏着”气候演变史

8月28日,北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室主任、中国科学院冰冻圈科学国家重点实验室副主任效存德告诉科技日报记者,大约从1400万年前起,南极形成连续(不间断)的冰盖

有人也许要问,是否应该去找1400万年前的古老的冰?答案是否定的。

效存德解释说,冰盖是连续流体,雪花年复一年沉降到冰面,经长期压密和流变,最终在南极冰盖边缘以冰架崩解方式“下海”——融入海洋或在夏季融化流失,所以科研人员找不到最早期的冰,留下来的冰体相对“年轻”。

留下来的哪儿的冰最老?有多老?这是一个事关将地球气候演变故事能讲多古老的重要科学命题。

“此前,许多远古气候预测模型都已经揭示出,远古时期低水平的二氧化碳浓度是推动当时的地球进入一系列‘冰河期’所必备的条件。”中国极地研究中心史贵涛博士在接受科技日报记者采访时表示,在冰芯气泡孔里,储藏着数万年前地球大气层的温室气体。此次研究的最大亮点是科研人员首次通过南极冰芯,找到了超过两百万年的气候信息的直接证据。

对这块冰芯的研究发现,当时的二氧化碳水平还不到300ppm(百万分之一)——比今天的405ppm要低不少——这或许能为人们寻找“是什么触发了冰河期”这个问题的答案,提供线索。

蓝冰层只能讲述“模糊的故事”

报道称,这块“百万年冰芯”是科研团队在位于南极西南极的艾伦山附近钻出的。艾伦山位于南极洲东部的多风带地区。

效存德告诉记者,研究冰芯记录有两种思路:一种是常见的从垂直方向钻取冰芯,一种是在冰盖边缘地带寻找出露的水平冰层,这也被人俗称“水平冰芯”,这种冰芯不积累现代降雪,从内陆流变而来的冰层就露在表面上,方便样品采集。冰中有微小的气泡,蓝光由于波长较短,都被散射出去,这种冰呈现出蓝色,因此也叫蓝冰。

理论上讲,越古老的冰出露在冰盖边缘(或障碍物如山脉)的最前端,越往冰盖内陆越年轻。

有一阵子同行们和效存德半开玩笑说,以后不需要费劲钻冰芯了,只需到冰盖边缘表面找个理想的断面取表面样品就够了,同样可以重建历史序列。本世纪初,这样的尝试在格陵兰成功过。

但两种办法各有优缺点。

效存德拿博物馆的工作打比方。

“垂直冰芯”的工作如同“翻阅新宗卷”,将历史不断往前延伸,优点是记录相对连续,容易解释气候演变,缺点在于年代不会太久远。在流变、地热和压力融点三重因素作用下,底部老冰不断损失,这也是科学家仅仅把期望值放在100万年左右的原因。

冰盖边缘的“水平冰芯”工作如同“修补旧缺文”,优点是年代比冰盖底部(也就是垂直冰芯的最下端)久远,缺点是经过从冰盖内陆到边缘的长距离流变,加上复杂地形对冰体产生的强烈扰动,

年层及其包含的信息到了冰盖边缘变得支离破碎、残缺不全。这种情况下,科学家可能需要经过长期积累,才可能拼出一个“模糊的故事”来。

效存德解释,之所以说是个模糊的故事,除了年层难以连续外,还因为现在使用的惰性气体放射性同位素半衰期定年方法,每个样品需求量非常大,而且定年误差也非常大。

在发现“百万年冰芯”过程中,一种通过测量冰块里的氩气含量来判断冰层年龄的方法备受关注。报道称,这种方法不像其他定年法那样精准,但它所测定的冰层年龄的误差幅度还是在10万年以内,属于可以接受的范畴。

“‘水平冰芯’即使能将历史序列大大向前延伸,但讲出来的气候演变故事很可能类似于博物馆甲骨文里‘半事实、半传说’那一截,很模糊、误差很大。”效存德说。

“翻新卷”和“补缺文”两手都得用

普林斯顿大学领导的科研团队说,他们下一次“钻冰远征队”或将发现年龄超过500万年的冰芯。

时至今日,冰芯研究已经取得了很大进步,效存德认为,今后面临两大任务:一是需要不断挖掘新的代用指标,二是要尽可能延伸记录长度。

谈及尽可能延伸记录长度,在效存德看来,恐怕“翻新卷”和“补缺文”两手都得用,而且两手都要巧,冰芯记录的年代才会向前有效延伸。

具体来说,“翻新卷”需要将无线电冰川学和冰盖动力学相结合,努力寻找到超过100万年冰芯的确切位置,因为这个时段对于解释“中更新世气候转型”机制很重要。目前我国南极昆仑站附近就是大家期待的可能地点之一。

“补缺文”需要寻找理想的水平冰层“露头”,进一步研发误差小的断代方法,并且要尽可能将不同地点断续的信息接续起来,努力绘制出相对清晰的第四纪早期地球气候参数图谱,尤其是温室气体含量变化历史。

史贵涛告诉记者,目前由他承担的国家重点研发计划课题“南极冰盖冰芯绝对年代定年方法研究”,将用另一种惰性气体氪对百万年时间尺度的冰芯进行定年。这种方法需要获取多达20—40公斤的蓝冰样品,此外还需要搭建专门的测量仪器。

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