解碼時間膠囊

蕭楚

冰芯與其他可以提取氣候信息變化的介質相比，“性價比”更高。它在低溫下保存，不容易“失真”；分辨率也高，記錄的序列長達幾十萬年，信息量大，因此受到科學家的青睞。

我們常常感嘆時光匆匆，一去不復返。實際上，時間并非揮一揮衣袖，不帶走一片云彩。它帶走了歲月，卻也留下了痕跡。在自然界，氣候環境的歷史痕跡留下來了，它們印刻在冰芯、樹木年輪、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，那里藏著冷凍的時間膠囊，時間膠囊中還存有很多重大的歷史事件。科學家們為了讓這些冰封的檔案重見天日，就去鉆取冰芯，來了解全球環境的變化。不久前，中國科學院青藏高原研究所所長姚檀棟院士通過冰芯的鉆取和分析、冰川變化的觀測、遙感圖像分析等手段，證實如今是近2000生來氣候最暖時期，同時全球變暖是青藏高原冰川退縮和區域變化的重要原因，為政府間氣候變化合作組織對全球變暖的評估提供了重要證據。姚檀棟院士也因此獲得了2017年維加獎。維加獎又被何方神圣？姚檀棟院士研究的冰芯和氣候之間又有什么關系呢？讓我們一起來了解一下。

知識小鏈接

什么是維加獎？

維加獎創立于1881年，為紀念地理學家阿道夫·艾瑞克·諾登舍爾德在1878-1880年間首次完成環繞歐亞大陸的歷史性航行而設立。維加獎含金量十足，由瑞典人類學與地理學會每三年在世界范圍內的地學領域科學家中選出一名獲獎者。姚檀棟院士是首位獲得該獎的中國科學家，也是獲此殊榮的首位亞洲科學家。

吹盡風雪始到“芯”

冰芯在我們的生活中并不常見，要找到它們，就得去到遙遠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（積累時間長）鉆取的柱狀樣本，就是冰芯了，它們是時間冷凍的膠囊，可以幫助科學家重現過去的氣候。

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，就要用大型鉆冰設備來獲取了，鉆取之后，要格外注意，冰芯如果被潤滑油、灰塵等污染，就白費功夫了。

深層冰芯鉆取、取樣過程

1.鉆取冰芯前要先找到合適的地點挖雪坑，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.按照一定長度截取并記錄信息，仔細包裝，將冰芯裝入預先準備好的冰樣袋中封存

6.冰芯的記錄一定要非常仔細，要按照樣品編號，準確記錄長度、頭部和尾部，防止頭尾顛倒

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

打開古氣候變化的“新鑰匙”

通過冰芯的記錄，科學家們能夠確定過去的大氣成分和變化，下雪時的氣候是什么樣子，以及冰川、冰蓋大小的變化和過去氣候條件的改變。冰芯提供了氣候和冰川運動的信息，記錄時間長、精度高，能精確到以年為單位。冰川學家通過了解氣候是如何變遷以及氣候為什么會變遷，便能提高對未來氣候預測的準確性。

冰芯研究之所以成為氣候研究的熱點和突破點，就不得不提到冰芯所蘊含的豐富的氣候歷史信息。冰雪是由大氣中的液態水形成的，水作為自然界最常見溶質，包含各種化學元素。各年份的降雪形成連續冰川冰層，構成了地球環境的化學元素歷史記錄，這些記錄能夠分析出當時當地的歷史溫度、火山活動、太陽活動和環境突變事件等信息。那么，冰芯是怎么成為歷史氣候的“見證者”的呢？

冰芯氣泡：古氣候的“見證者”

當地的歷史溫度可以用冰芯氣泡中氣體的成分及含量來測定。那么，冰芯中的氣泡是怎么形成的呢？原來，降雪在下落到地面的過程中會裹挾大氣中的微粒、花粉以及生物殘體等。這些在冰川中最后保留下來的物質能夠反映出歷史時期火山活動、生物種類和數量變化等環境信息。此外，冰川冰由泡沫狀雪粒形成，在形成過程中，雪粒中的空氣被擠壓形成了一個個小氣泡保存下來。這些氣泡如同一顆顆珍貴的時間膠囊，儲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。冰芯中氣泡的發現，打開了全球氣候變化研究的大門。通過對冰芯中這些精準信息的分析和匯總，我們能夠更清晰地了解氣候環境演變的歷史，以及溫室氣體變化對全球氣溫的影響。

冰芯中氣泡的發現還有一段有趣的故事，頗具傳奇色彩。19世紀末，人類開始了對極地的探索，在20世紀中期格陵蘭島上冰蓋的科研營地，科研人員鉆取了冰蓋內的冰芯，最初是用于對于極地氣溫和環境的研究。當時一些鉆取的冰芯在測量溫度后沒什么用，被他們切成一小段，挖開做成杯狀來裝酒喝。晶瑩剔透的冰杯裝上美酒，賞心悅目。一位科學家在品酒時由于“冰芯酒杯”透鏡效應發現冰芯之中有許多小氣泡，當時腦中靈光閃現，發覺氣泡是儲存古氣候的時間膠囊。冰芯中氣泡的發現，打開了古氣候研究的一扇大門。

知識擴展

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“見證者”。其中，樹木年輪最為常見，也是我們較為熟悉的“見證者”。

樹木的年輪告訴我們的遠遠不止樹木的年齡。春天，樹木生長，緊挨著樹皮里的細胞開始分裂，分裂后的細胞大而壁薄，顏色淺，就是早期木；秋天，樹木就進入緩慢生長期，樹木細胞生長緩慢，細胞壁增厚，體積縮小，顏色變深，就是晚期木。上一個生長季的深色晚期木和下一個季節淺色的晚期木之間存在著明顯的明暗界線。從橫斷面來看，這些界線形成了一個同心圓圓環，這就是樹木一年所形成的年輪。

年輪的變化與氣溫、氣壓、降水量有一定的關系。如果一年中陽光充足、風調雨順，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。

旅行的時候，樹樁上的年輪還能夠幫助我們辨別方向呢。樹干朝南的一側因為陽光充足，所以年輪較寬；朝北的一側剛好相反，年輪較窄。

在之前發生過什么地質災害，樹輪也會記載下來。地震造成地面移動傾斜后，年輪上會留下樹干為了筆直生長所作出努力的痕跡。根系橫越斷層或者位于斷層面附近，由于樹木生長受到阻礙，該年形成的年輪就比較小。

古代動物留下的骨骼、碳化的植物等，都是古代氣候的記錄者。比如說竹鼠，這本是一種亞熱帶動物，但考古學家在西安發現了它們的遺跡，說明那時西安的氣候比現在溫暖潮濕。時光匆匆，卻也給我們留下無數痕跡，剩下的還有待同學們去發掘！