解码时间胶囊

萧楚

冰芯与其他可以提取气候信息变化的介质相比，“性价比”更高。它在低温下保存，不容易“失真”；分辨率也高，记录的序列长达几十万年，信息量大，因此受到科学家的青睐。

我们常常感叹时光匆匆，一去不复返。实际上，时间并非挥一挥衣袖，不带走一片云彩。它带走了岁月，却也留下了痕迹。在自然界，气候环境的历史痕迹留下来了，它们印刻在冰芯、树木年轮、石笋、湖泊沉积物、珊瑚沉积物、黄土、深海岩芯等上面。

研究冰芯就可以揭秘气候变化的历史吗？答案是肯定的。在南极、北极和青藏高原等地，分布着厚厚的冰层，那里藏着冷冻的时间胶囊，时间胶囊中还存有很多重大的历史事件。科学家们为了让这些冰封的档案重见天日，就去钻取冰芯，来了解全球环境的变化。不久前，中国科学院青藏高原研究所所长姚檀栋院士通过冰芯的钻取和分析、冰川变化的观测、遥感图像分析等手段，证实如今是近2000生来气候最暖时期，同时全球变暖是青藏高原冰川退缩和区域变化的重要原因，为政府间气候变化合作组织对全球变暖的评估提供了重要证据。姚檀栋院士也因此获得了2017年维加奖。维加奖又被何方神圣？姚檀栋院士研究的冰芯和气候之间又有什么关系呢？让我们一起来了解一下。

知识小链接

什么是维加奖？

维加奖创立于1881年，为纪念地理学家阿道夫·艾瑞克·诺登舍尔德在1878-1880年间首次完成环绕欧亚大陆的历史性航行而设立。维加奖含金量十足，由瑞典人类学与地理学会每三年在世界范围内的地学领域科学家中选出一名获奖者。姚檀栋院士是首位获得该奖的中国科学家，也是获此殊荣的首位亚洲科学家。

吹尽风雪始到“芯”

冰芯在我们的生活中并不常见，要找到它们，就得去到遥远的南北极或青藏高原，在那里分布着许多冰川和冰盖。冰芯就藏在冰川和冰盖里面，在冰川或冰盖中心（积累时间长）钻取的柱状样本，就是冰芯了，它们是时间冷冻的胶囊，可以帮助科学家重现过去的气候。

冰芯的采集并不容易。浅层的冰芯用钻探就能钻取，但是深层的冰芯，就要用大型钻冰设备来获取了，钻取之后，要格外注意，冰芯如果被润滑油、灰尘等污染，就白费功夫了。

深层冰芯钻取、取样过程

1.钻取冰芯前要先找到合适的地点挖雪坑，搭棚架钻

2.冰川表层的雪不够密，要将雪坑挖到一定的深度，再用冰芯钻钻取冰芯

3.冰芯钻探成功

4.小心地将冰芯取出，注意不要被污染

5.按照一定长度截取并记录信息，仔细包装，将冰芯装入预先准备好的冰样袋中封存

6.冰芯的记录一定要非常仔细，要按照样品编号，准确记录长度、头部和尾部，防止头尾颠倒

冰芯和树轮一样，也是层次分明，一层一层的。它的冰层始于雪层堆积，每一层雪的化学成分和质地都不一样，夏季雪和冬季雪也不相同。随着时间的推移，上层的雪重力压缩下层的雪，形成了冰。每一层冰对应1年和当年季节，顶部的冰层年代最新，而底层的冰层年代最老。

打开古气候变化的“新钥匙”

通过冰芯的记录，科学家们能够确定过去的大气成分和变化，下雪时的气候是什么样子，以及冰川、冰盖大小的变化和过去气候条件的改变。冰芯提供了气候和冰川运动的信息，记录时间长、精度高，能精确到以年为单位。冰川学家通过了解气候是如何变迁以及气候为什么会变迁，便能提高对未来气候预测的准确性。

冰芯研究之所以成为气候研究的热点和突破点，就不得不提到冰芯所蕴含的丰富的气候历史信息。冰雪是由大气中的液态水形成的，水作为自然界最常见溶质，包含各种化学元素。各年份的降雪形成连续冰川冰层，构成了地球环境的化学元素历史记录，这些记录能够分析出当时当地的历史温度、火山活动、太阳活动和环境突变事件等信息。那么，冰芯是怎么成为历史气候的“见证者”的呢？

冰芯气泡：古气候的“见证者”

当地的历史温度可以用冰芯气泡中气体的成分及含量来测定。那么，冰芯中的气泡是怎么形成的呢？原来，降雪在下落到地面的过程中会裹挟大气中的微粒、花粉以及生物残体等。这些在冰川中最后保留下来的物质能够反映出历史时期火山活动、生物种类和数量变化等环境信息。此外，冰川冰由泡沫状雪粒形成，在形成过程中，雪粒中的空气被挤压形成了一个个小气泡保存下来。这些气泡如同一颗颗珍贵的时间胶囊，储存了形成年份的大气信息，包括大气各气体比例、二氧化碳和甲烷等温室气体含量等。冰芯中气泡的发现，打开了全球气候变化研究的大门。通过对冰芯中这些精准信息的分析和汇总，我们能够更清晰地了解气候环境演变的历史，以及温室气体变化对全球气温的影响。

冰芯中气泡的发现还有一段有趣的故事，颇具传奇色彩。19世纪末，人类开始了对极地的探索，在20世纪中期格陵兰岛上冰盖的科研营地，科研人员钻取了冰盖内的冰芯，最初是用于对于极地气温和环境的研究。当时一些钻取的冰芯在测量温度后没什么用，被他们切成一小段，挖开做成杯状来装酒喝。晶莹剔透的冰杯装上美酒，赏心悦目。一位科学家在品酒时由于“冰芯酒杯”透镜效应发现冰芯之中有许多小气泡，当时脑中灵光闪现，发觉气泡是储存古气候的时间胶囊。冰芯中气泡的发现，打开了古气候研究的一扇大门。

知识扩展

除了冰芯，还有什么能够还原历史气候真面目？

除了冰芯，树木年轮、石笋、湖泊沉积物、珊瑚沉积物、黄土、深海岩芯等都是历史气候的“见证者”。其中，树木年轮最为常见，也是我们较为熟悉的“见证者”。

树木的年轮告诉我们的远远不止树木的年龄。春天，树木生长，紧挨着树皮里的细胞开始分裂，分裂后的细胞大而壁薄，颜色浅，就是早期木；秋天，树木就进入缓慢生长期，树木细胞生长缓慢，细胞壁增厚，体积缩小，颜色变深，就是晚期木。上一个生长季的深色晚期木和下一个季节浅色的晚期木之间存在着明显的明暗界线。从横断面来看，这些界线形成了一个同心圆圆环，这就是树木一年所形成的年轮。

年轮的变化与气温、气压、降水量有一定的关系。如果一年中阳光充足、风调雨顺，年轮较宽；如果情况正好相反，一年中温度低、雨量少、气候恶劣，则年轮较窄。

旅行的时候，树桩上的年轮还能够帮助我们辨别方向呢。树干朝南的一侧因为阳光充足，所以年轮较宽；朝北的一侧刚好相反，年轮较窄。

在之前发生过什么地质灾害，树轮也会记载下来。地震造成地面移动倾斜后，年轮上会留下树干为了笔直生长所作出努力的痕迹。根系横越断层或者位于断层面附近，由于树木生长受到阻碍，该年形成的年轮就比较小。

古代动物留下的骨骼、碳化的植物等，都是古代气候的記录者。比如说竹鼠，这本是一种亚热带动物，但考古学家在西安发现了它们的遗迹，说明那时西安的气候比现在温暖潮湿。时光匆匆，却也给我们留下无数痕迹，剩下的还有待同学们去发掘！