冰芯與湖芯:揭秘青藏高原的兩部「無字天書」
2021-01-15 藏地科普冰芯被稱為「無字的環境密碼檔案庫」。
近日，我國科研人員首次獲得喀喇崑崙山脈境外的深冰芯和湖芯樣本。那麼，這些冰芯和湖芯到底如何生成的？它們測定出的數據又有什麼現實意義呢？
圖為研究人員展示冰芯樣本。來源/新華社
冰芯其實就是用鑽探設備在冰川內部打出來的圓柱狀冰體。在高原高寒處，降雪在長達幾千年甚至百萬年的日積月累中堆積，從底部往上就會逐漸形成不同的冰層。
由此，研究人員從冰川中取出的這根「冰棍」，承載著幾千甚至百萬年氣候環境變化留下的「史料」。「研究冰芯就像讀歷史書一樣，從底部到頂部，從老到新，我們可以把整個氣候環境變化的歷史恢復出來。」中國科學院青藏高原研究所研究員徐柏青說。
與冰芯類似的是，湖芯也是研究人員鑽取而出的圓柱體。不同的是，湖芯來自湖泊沉積物，是從氣體或水體中自然沉降到湖底並堆積起來的物質。「與大尺度的環境變化記錄者冰芯相比，湖芯是區域氣候環境變遷以及人類活動歷史等的忠實記錄者。」徐柏青說。
鑽取冰芯並不是一件容易的事情。
在冰川中獲取冰芯，需要用一套特殊的鑽探系統。「一般都在冰川的頂部、地勢比較平坦的地方進行鑽探，這樣可以保證冰層信息的完整性以及連續性。」徐柏青說，為了保證打上來的冰芯不會融化，所以冰芯都要在夜裡打。
冰芯鑽頭 來源/格林蘭冰蓋計劃官網
鑽取湖芯的過程則更加考驗經驗和耐心。
科考隊員們將取樣管觸到湖底後，通過重力作用使沉積物樣本進入管中，再將取樣管提起。如果取樣器觸到沉積物表面時角度出現偏差，那取得的沉積物就不能真實反映年代氣候。
科研團隊利用搭建好的水上鑽探平臺，在西藏納木錯中心湖區水深95米的地方成功鑽取長100.63米的湖芯。來源/新華觀點
同時，取樣量也要恰到好處，如果取樣管下沉過淺，就可能取不到樣本，如果下沉過深，取樣管中的樣本就可能被嚴重擠壓導致變形。
冰芯和湖芯被鑽探出來後，為保證順序和層次不亂，需要進行編號，標示出每一段冰芯和湖芯的上下順序；為防止汙染，還要進行嚴格的封裝。
我國在南極取得的冰芯 來源/蘭州日報
在徐柏青看來，可以把冰芯記錄環境變化的指標分成三大類。
「第一類是冰本身攜帶的信息。」徐柏青說，測量冰芯中的氫、氧同位素的比率可以推算過去的環境溫度高低，冰芯的積累速率可以顯示出降水量大小的變化，冰本身的結構還能反映出冰川形成的動力特徵與過程。
冰芯中的火山灰 來源/格林蘭冰蓋計劃官網
第二類指標則是冰芯中含有的各類物質。如水和所含礦物，可以恢復歷史時期的一些重要的環境事件。比如，通過冰裡粉塵含量的多少，就可以推斷出當時沙塵暴活動的強度。
第三類是冰芯氣泡中的氣體成分和含量。這些氣泡是冰初形成時的地球大氣，可以揭示大氣成分的演化歷史，如二氧化碳、甲烷等溫室氣體的歷史變化過程等。
科研人員對湖芯樣本進行編號記錄。 來源/新華網
「與冰芯相比，湖芯記錄環境變化的指標則相對單一。」徐柏青說，湖芯的主要檢測對象是其含有的各類物質。例如，曾有科研人員通過珠穆朗瑪峰南部地區湖芯中硫含量的增加，揭示出硫同位素的變化主要是由氣溶膠增加和氣候變暖所致，對認識喜馬拉雅高山脈高海拔氣候和生態敏感區的環境變化特徵發揮了很大作用。
編輯製作：藏地科普
資料來源：《中國科學報》
編輯：丁娜 宋小琴
監製：馬蓮
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