270萬年前冰芯被發現 掀起遠古氣候演變一角

阿拉斯加朱諾冰原地區的藍冰 （效存德攝） 

據近期刊登在《科學》雜志的一篇文章描述，由普林斯頓大學領導的科研團隊最近在巴黎舉行的哥德斯密特大會上首次宣布，在南極鑽取了一塊來自270萬年前的“百萬年冰芯”。

消息一經傳出，有網友調侃，“真是一塊老冰棍。”

目前最長時間序列的冰芯來自約80萬年前，包括我國在內的多國科學家，近年來苦苦尋找超過100萬年的冰芯，但遲遲不見結果，這塊來自270萬年前的“老冰棍”自然讓人新鮮。大家同時感興趣的是，來自美國的這個科研團隊，用什麼方法找到了這塊“老冰棍”，這種方法是否可靠？

冰芯氣泡裡“藏著”氣候演變史

南極冰中包裹的氣泡 （史貴濤攝）

8月28日，北京師范大學地表過程與資源生態國家重點實驗室主任、中國科學院冰凍圈科學國家重點實驗室副主任效存德告訴科技日報記者，大約從1400萬年前起，南極形成連續（不間斷）的冰蓋。

有人也許要問，是否應該去找1400萬年前的古老的冰？答案是否定的。

效存德解釋說，冰蓋是連續流體，雪花年復一年沉降到冰面，經長期壓密和流變，最終在南極冰蓋邊緣以冰架崩解方式“下海”——融入海洋或在夏季融化流失，所以科研人員找不到最早期的冰，留下來的冰體相對“年輕”。

留下來的哪兒的冰最老？有多老？這是一個事關將地球氣候演變故事能講多古老的重要科學命題。

“此前，許多遠古氣候預測模型都已經揭示出，遠古時期低水平的二氧化碳濃度是推動當時的地球進入一系列‘冰河期’所必備的條件。”中國極地研究中心史貴濤博士在接受科技日報記者採訪時表示，在冰芯氣泡孔裡，儲藏著數萬年前地球大氣層的溫室氣體。此次研究的最大亮點是科研人員首次通過南極冰芯，找到了超過兩百萬年的氣候信息的直接証據。

對這塊冰芯的研究發現，當時的二氧化碳水平還不到300ppm（百萬分之一）——比今天的405ppm要低不少——這或許能為人們尋找“是什麼觸發了冰河期”這個問題的答案，提供線索。

藍冰層隻能講述“模糊的故事”

2017年7月效存德在北極朱諾峽灣冰川考察，身后為崩解入海的藍色冰山。

報道稱，這塊“百萬年冰芯”是科研團隊在位於南極西南極的艾倫山附近鑽出的。艾倫山位於南極洲東部的多風帶地區。

效存德告訴記者，研究冰芯記錄有兩種思路：一種是常見的從垂直方向鑽取冰芯，一種是在冰蓋邊緣地帶尋找出露的水平冰層，這也被人俗稱“水平冰芯”，這種冰芯不積累現代降雪，從內陸流變而來的冰層就露在表面上，方便樣品採集。冰中有微小的氣泡，藍光由於波長較短，都被散射出去，這種冰呈現出藍色，因此也叫藍冰。

理論上講，越古老的冰出露在冰蓋邊緣（或障礙物如山脈）的最前端，越往冰蓋內陸越年輕。

有一陣子同行們和效存德半開玩笑說，以后不需要費勁鑽冰芯了，隻需到冰蓋邊緣表面找個理想的斷面取表面樣品就夠了，同樣可以重建歷史序列。本世紀初，這樣的嘗試在格陵蘭成功過。

但兩種辦法各有優缺點。

效存德拿博物館的工作打比方。

“垂直冰芯”的工作如同“翻閱新宗卷”，將歷史不斷往前延伸，優點是記錄相對連續，容易解釋氣候演變，缺點在於年代不會太久遠。在流變、地熱和壓力融點三重因素作用下，底部老冰不斷損失，這也是科學家僅僅把期望值放在100萬年左右的原因。

冰蓋邊緣的“水平冰芯”工作如同“修補舊缺文”，優點是年代比冰蓋底部（也就是垂直冰芯的最下端）久遠，缺點是經過從冰蓋內陸到邊緣的長距離流變，加上復雜地形對冰體產生的強烈擾動，

年層及其包含的信息到了冰蓋邊緣變得支離破碎、殘缺不全。這種情況下，科學家可能需要經過長期積累，才可能拼出一個“模糊的故事”來。

效存德解釋，之所以說是個模糊的故事，除了年層難以連續外，還因為現在使用的惰性氣體放射性同位素半衰期定年方法，每個樣品需求量非常大，而且定年誤差也非常大。

在發現“百萬年冰芯”過程中，一種通過測量冰塊裡的氬氣含量來判斷冰層年齡的方法備受關注。報道稱，這種方法不像其他定年法那樣精准，但它所測定的冰層年齡的誤差幅度還是在10萬年以內，屬於可以接受的范疇。

“‘水平冰芯’即使能將歷史序列大大向前延伸，但講出來的氣候演變故事很可能類似於博物館甲骨文裡‘半事實、半傳說’那一截，很模糊、誤差很大。”效存德說。

“翻新卷”和“補缺文”兩手都得用

普林斯頓大學領導的科研團隊說，他們下一次“鑽冰遠征隊”或將發現年齡超過500萬年的冰芯。

時至今日，冰芯研究已經取得了很大進步，效存德認為，今后面臨兩大任務：一是需要不斷挖掘新的代用指標，二是要盡可能延伸記錄長度。

談及盡可能延伸記錄長度，在效存德看來，恐怕“翻新卷”和“補缺文”兩手都得用，而且兩手都要巧，冰芯記錄的年代才會向前有效延伸。

具體來說，“翻新卷”需要將無線電冰川學和冰蓋動力學相結合，努力尋找到超過100萬年冰芯的確切位置，因為這個時段對於解釋“中更新世氣候轉型”機制很重要。目前我國南極昆侖站附近就是大家期待的可能地點之一。

“補缺文”需要尋找理想的水平冰層“露頭”，進一步研發誤差小的斷代方法，並且要盡可能將不同地點斷續的信息接續起來，努力繪制出相對清晰的第四紀早期地球氣候參數圖譜，尤其是溫室氣體含量變化歷史。

史貴濤告訴記者，目前由他承擔的國家重點研發計劃課題“南極冰蓋冰芯絕對年代定年方法研究”，將用另一種惰性氣體氪對百萬年時間尺度的冰芯進行定年。這種方法需要獲取多達20—40公斤的藍冰樣品，此外還需要搭建專門的測量儀器。（記者 陳瑜）