超快速南极钻机助力气候记录研究

冰核使科学家能够分析过去的降水和温度变化。资料来源:尼克宾/快门/雷克斯

钻冰冠是一项乏味的工作，因为取回长冰芯需要多年的现场工作。冰芯保持了一个可追溯到数万年前的连续气候记录。

现在，有一种更快的方法来探索地球的历史。气候研究人员渴望获得150万年前的冰冠，这几乎是现存最古老冰芯年龄的两倍。为此，他们开发了新一代的“快速进入”冰钻。其中，一些钻井工具在10月份开始的南极考察季节首次进行了大规模测试。

用这些快速工具穿透几千米的冰只需要一周，而不是几年。它们像闪电一样穿过冰原的最上层，然后到达下面古老的冰冻层。在那里，被捕获的微小气泡充当消失环境的“时间胶囊”。

最大和最雄心勃勃的机器之一是一个名为“快速进入冰钻”(RAID)的项目。11月，它将从犹他州盐湖城的建筑工地运送到南极洲的麦克默多站。12月，英国南极考察队将在南极半岛的蓝天站测试一个小得多的平台。它的名字也叫RAID，意思是“快速获取同位素钻探”。

然而，这些钻机为了追求速度而牺牲了细节。它们旅行时会打破或融化冰，所以不可能提取完整的冰芯。然而，这些快速钻机将能够快速检查研究人员在未来野外调查季节可能返回的地方，以便他们能够以更慢的速度提取完整的冰芯。例如，耗资1050万美元的美国突袭钻机，目标是在大约一周内穿透超过3公里的冰层。这种速度使它能够在南极附近“漫游”，并在每个调查季节钻几个勘探点，而不是在几个调查季节只钻一个洞。

即便如此，找到地球上最古老的冰层并不容易。"我们正在寻找一系列非常偶然的环境，这些环境保存了非常古老的冰."斯克里普斯海洋学研究所的古气候学家杰弗里·塞弗林豪斯说。在理想的条件下，科学家将会发现厚冰层序列。它们没有受到流动冰川的干扰，也没有被下面的岩石加热太多。可能的地点包括一些高海拔的南极冰穹，如中国昆仑站附近的冰穹A，或称冰穹C，在那里欧洲研究人员花了五年时间提取了一个冰芯，达到80万年前的冰。

现在，研究人员想进一步到达至少有120万年历史的冰层。这将提供地球气候重要变化的数据。那时，地球上的冰河时代周期从10万年变成了4.1万年。

了解是什么控制了这种转变，以及二氧化碳浓度的上升是否起了作用，再加上地球自转倾斜角度的变化等因素，将有助于科学家更好地理解冰盖将如何随着全球变暖而变化。“如果我们不能理解这一点，我们就真的不能理解今天的气候。”塞韦林豪斯说。

美国和英国的钻井平台采用了不同的方法来深入探究南极洲的过去。一旦美国的突袭到达冰帽底部，它可以钻入下面的岩石50米深。对这些岩石的分析可以揭示它们最后一次暴露于宇宙射线的时间，这反过来又可以揭示覆盖它们的南极冰盖的年龄。第一次全面的RAID现场调查计划于2016年至2017年进行。

RAID是一个更“温和”的项目，成本不到500，000英镑(770，000美元)，使用改进的传统冰芯钻。它只能穿透到大约600米的深度，也就是说，到达有3万到4万年历史的冰层。然而，与美国的RAID不同，它不需要钻井液，钻井液的重量增加了移动钻机的成本。

第三台与美国类似的钻机是法国约瑟夫·傅立叶大学正在开发的亚冰川探测器。这个耗资320万欧元(530万美元)的项目旨在融化而不是切断通往冰原的道路，并测量融雪水的化学同位素，以计算冰原的年龄。约瑟夫·傅立叶大学的极地工程师奥利维尔·阿莱曼(Olivier Alemany)表示，该钻机可以穿透几千米，全面测试计划于2016年至2017年在南极洲的康科迪亚站进行。

第四个项目叫做RADIX，将使用一个非常窄的洞——直径只有2厘米——在几天内达到3千米的深度。瑞士伯尔尼大学的气候学家Jakob Schwander是该小组的负责人，他说该小组已经通过了格陵兰岛的极限测试。

没有人知道这些钻塔到底会遇到什么。它们可能会渗入冰盖下的原始湖泊，微生物学家可以对其进行研究。或者，它们可能揭示了从基岩辐射出来的热量以科学家们意想不到的方式融化了冰。(宗华)

中国科学新闻(2015-102第三版国际版)

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