听南极270万年前冰芯 ，讲述远古气候演变的故事

根据最近发表在《科学》杂志上的一篇文章，由普林斯顿大学领导的一个研究小组最近在巴黎的戈德史密斯会议上首次宣布，在南极洲已经钻出了一个270万年前的“百万年冰芯”。

消息一出来，一些网民开玩笑说，“多老的冰棒啊。”

目前，最长的冰芯时间序列来自大约80万年前。近年来，包括中国在内的许多国家的科学家已经寻找冰芯超过100万年，但是结果很久没有出现了。这个270万年前的“旧冰棍”自然让人耳目一新。与此同时，每个人都对这个来自美国的研究小组如何发现这种“旧冰棒”以及这种方法是否可靠感兴趣。

气候演化历史“隐藏”在冰芯气泡中

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肖存德告诉《科学日报》，自大约1400万年前以来，南极已经形成了连续(不间断)的冰盖。

有些人可能会问，我们应该寻找1400万年前的古冰吗？答案是否定的。

肖存德解释说，冰盖是一种连续的流体。雪花年复一年地落在冰表面。经过长期的压实和流变，它们最终以冰架解体的形式在南极冰盖的边缘“落入海中”——在夏天融化或消失。因此，研究人员找不到最早的冰，而剩余的冰体相对“年轻”。

遗留下来的最古老的冰在哪里？你几岁了？这是一个重要的科学命题，关于地球气候演变的故事可以有多古老。

在此之前，许多古代气候预测模型已经揭示，古代二氧化碳浓度的低水平是推动地球进入一系列“冰河世纪”的必要条件。“中国极地研究所的石桂涛博士在接受《科学技术日报》记者采访时说，在冰芯的气泡孔中储存着数万年前地球大气层中的温室气体。这项研究最大的亮点是，研究人员首次通过南极冰芯发现了超过200万年气候信息的直接证据。

一项对冰芯的研究发现，当时的二氧化碳水平低于百万分之300(百万分之一)，远低于今天的百万分之405，这可能为人们找到“是什么引发了冰河世纪”这个问题的答案提供线索。

蓝冰只能讲“模糊的故事”

该报告称，“一百万年的冰芯”是由一个科学研究小组在位于南极洲西南极的艾伦山附近钻探的。艾伦山位于南极洲东部多风的地区。

肖存德告诉记者，研究冰芯记录有两种方法:一种是从垂直方向钻取冰芯，另一种是在冰盖边缘找到暴露的水平冰层，也就是俗称的“水平冰芯”。冰芯不会累积现代降雪，从内陆流出的冰层暴露在地表，便于样本收集。冰里有微小的气泡。蓝光因其波长短而被散射。冰是蓝色的，所以它也被称为蓝冰。

理论上，冰越老，它出现在冰原边缘(或者像山脉这样的障碍物)的最前沿就越年轻。

有一段时间，同事们和肖存德半开玩笑地说，他们将来不需要钻冰芯，只需要在冰盖边缘表面找到一个理想的剖面来采集表面样本，历史序列也可以重建。本世纪初，格陵兰成功地进行了这样的尝试。

然而，每种方法都有其优缺点。

让我们来看看德尔纳博物馆的作品。

“垂直冰芯”的工作就像是“翻开新的一卷”，向前延伸历史。它的优点是记录相对连续，而且很容易解释气候演变。它的缺点是年龄不会太长。在流变性、地热和压力熔点的三重作用下，底部的旧冰在不断流失，这也是为什么科学家们只把它们的期望值定在100万年左右。

冰盖边缘的“水平冰芯”就像“修补旧缺口”。它的优点是比冰原底部(即垂直冰芯的最下端)更古老。它的缺点是经过从冰原内部到边缘的长距离流变，加上复杂地形对冰体的强烈扰动。

在冰原的边缘，年度层和它包含的信息已经变得支离破碎和不完整。在这种情况下，科学家可能需要积累很长时间才能写出一个“模糊的故事”。

肖存德解释说，这是一个模糊的故事，不仅因为每年的层数难以连续，而且因为目前测定惰性气体放射性同位素半衰期的方法需要大量的每个样品，而且测定误差也很大。

在发现“百万年冰芯”的过程中，一种通过测量冰中氩含量来判断冰龄的方法引起了人们的极大关注。报告称，这种方法不如其他测年方法准确，但它测得的冰期误差范围仍在10万年以内，这是一个可接受的范围。

“即使水平冰芯可以极大地扩展历史序列，所讲述的气候演变故事也很可能类似于博物馆甲骨文中的“半真半假”部分，这一部分非常模糊，有很大的错误。”萧存德说道。

“翻新量”和“补偿文件”都被使用

普林斯顿大学领导的研究小组称，他们的下一次“钻冰探险”将会发现超过500万年的冰芯。

到目前为止，冰芯的研究已经取得了很大的进展。肖存德认为，今后有两大任务:一是不断探索新的替代指标，二是尽可能延长记录长度。

说到尽可能延长记录长度，在肖存德看来，恐怕既要用“翻新卷”，又要用“填充卷”，而且两者都要熟练，这样才能有效地将冰芯记录的时代向前延伸。

具体来说，“翻新卷”需要结合无线电冰川学和冰原动力学，努力找到超过一百万年的冰芯的确切位置，因为这个时期对于解释“中更新世气候转变”的机制非常重要。目前，中国南极昆仑站附近可能是每个人都期待的地方之一。

“补偿文件”需要找到一个理想的水平冰层“露头”，进一步开发一种误差很小的测年方法，并尽量将不同位置的间歇性信息联系起来，绘制一个相对清晰的第四纪早期地球气候参数图，特别是温室气体含量变化的历史。

石桂涛告诉记者，他目前承担的国家重点研发项目“南极冰盖冰芯绝对定年方法研究”将使用另一种惰性气体氪气对冰芯进行百万年时间尺度的定年。这种方法需要采集多达20-40公斤的蓝冰样品，此外还需要建造特殊的测量仪器。