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依稀記得08年一部科幻恐怖電影《解凍》
冰川解凍後復甦的恐怖遠古寄生蟲
警惕著人們全球變暖的嚴重後果
然而那些被埋藏在冰塊下的神秘遠古信息
依舊誘惑著我們不斷探索
近日，發表於《科學》雜誌上的一篇文章指出，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」，成為當之無愧的「老冰棍」。
而在此之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」一經發現就吸引了全球科學家的紛紛注目，因為「高齡」冰芯對於氣候的演變的研究具有十分重大的意義。
▲鑽取的冰芯
報導稱，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。
北京師範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表示，大約從1400萬年前起，南極形成連續（不間斷）的冰蓋。但是冰蓋是連續流體，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」。
▲2017年7月效存德在北極朱諾峽灣冰川考察
效存德提出，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，藍光由于波長較短，都被散射出去，這種冰呈現出藍色，因此也叫藍冰。
▲阿拉斯加朱諾冰原地區的藍冰
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。「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，加上複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。
「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證據。
▲南極冰中包裹的氣泡
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。
而普林斯頓大學領導的科研團隊說，他們下一次「鑽冰遠徵隊」或將發現年齡超過500萬年的冰芯。
冰芯是人類在冰蓋上鑽孔獲得的連續冰層。冰芯具有信息量大、高保真、高解析度等特點。從冰芯中，科學家可以提取物理、化學、生物信息，而這些信息可以真實再現成冰時的環境特徵。例如，冰芯中記錄的冰雪累計量，可以反映降水程度。冰芯中的塵埃含量、同位素、化學元素等，都可以反映當時的大氣環境。冰芯中雪粒的粒徑可以反映溫度的高低。冰芯的這些特性使之當之無愧地成為地球的「自然檔案」，並對全球環境變化的研究產生重大貢獻。
▲史前巨型病毒：西伯利亞闊口罐病毒(Pithovirus sibericum)
冰芯中中不僅藏著豐厚的歷史信息，也可能藏著「史前怪物」。法國科學家2000年在西伯利亞永久凍土冰芯中採集到3萬年前的病毒樣本，2014年，首次對它進行了描述，命名為西伯利亞闊口罐病毒(Pithovirus sibericum)這是人類迄今已知最大的病毒，並且仍具感染性。據悉這是世界上第三種超大型病毒，已經在俄羅斯西伯利亞地區的永久凍土層中封存了3萬多年，埋藏在地下30米處的晚更新世沉積層。另兩種分別於2003年和2013年發現超大型病毒擬菌米米病毒(Mimivirus)和潘多拉病毒(Pandoravirus)。
冰芯還可以記錄地球沙漠化、火山活動、大氣溫度變化、地震、海嘯、降水、地磁場變化、宇宙射線強度、太陽活動、生物地球化學循環等等。
1997年，科學家在喜馬拉雅山鑽取了14m的冰芯一支，叫達索普冰芯。數據表示，在1991年的冰層中，SO42-濃度出現極高值。科學家預測，這是海灣戰爭引發的1991年春季科威特油井燃燒，煙塵在西風作用下帶到喜馬拉雅山地區。還是這個達索普冰芯，在1993-1995年的冰層中，塵埃來源粒子（Ca2+、Mg2+和SO42-）的濃度季節變化在春季出現高值，科學家認為，這反映了亞洲乾旱半乾旱區春季的沙塵暴天氣。
科學家在格陵蘭冰層鑽取的、一根長3030米的「冰芯」顯示：l986年蘇聯車諾比核電站發生洩露時，放射性塵埃飄過了太平洋，影響到靠近北冰洋的格陵蘭島。截止2011年，在南極冰蓋鑽取到的最老的冰芯為歐洲科學家在冰穹C鑽取的包含80萬年氣候變化記錄的冰芯，以及日本科學家在冰穹F鑽取的包含72萬年氣候記錄的冰芯。科學家認為，南極冰蓋應該有超過100萬年的更古老的冰。
▲2005年中國南極科考隊在南極大陸鑽取的冰芯
欣喜的是，我國非常重視關於冰芯的研究工作，並且也取得了矚目的研究成果。中國科學家利用氧同位素比率δ18O得出結論，青藏高原氣候變化有一定差異，特別是南北差異和東西差異十分明顯，並且反映出近100年來青藏高原在不斷變暖。2008年，科學家從封存在南極冰芯中的氣泡證實，在之前長達65萬年的時間內，地球大氣中三大溫室氣體：二氧化碳、甲烷和一氧化二氮的濃度，從未像最近幾百年這麼高，與人類活動有關。2011年11月，中國南極科考隊開始在南極冰蓋最高點冰厚超過3000米的冰穹A地區進行深冰芯鑽探工作，希望獲得100萬年以上的古老冰芯。主要是重建超過100萬年的氣候變化記錄，通過冰芯氣泡分析，研究溫室氣體在氣候變化中的作用。
Milankovich理論即米氏理論，它是塞爾維亞天文學家盧廷-米蘭科維奇在20世紀40年代提出的關於氣候變化的經典理論，該理論認為，地球軌道偏心率、黃赤交角及歲差等三要素變化引起的到達北半球中高緯度夏季日射量變化是造成冰期-間冰期旋迴的根本原因。
▲冰芯的鑽取
對於格陵蘭冰芯的研究發現了氣溫、大氣化學、大氣環流以及陸地生物的N排放等的變化，亦存在軌道效應。末次間冰期以來青藏高原古裡雅冰芯中的δ18O記錄，也表現出20ka和4Oka左右的明顯周期。
天文氣候學研究表明，地球中低緯度氣候變化主要受歲差效應的影響，而地軸傾斜效應對於氣候變化的影響主要表現在極區。天文理論的這一預測結果，得到了青藏高原古裡雅冰芯記錄(顯著的2Oka左右周期)和南極Vostok冰芯記錄(其δ18O變化，偏心率的貢獻為37%，地軸傾斜的貢獻為23%，歲差貢獻僅為ll%)的有力支持。而格陵蘭冰芯記錄中強烈的歲差周期，很可能說明北半球高緯度大氣環流與季風環流之間存在強烈的耦合效應。青藏高原冰芯與格陵蘭冰芯記錄的氣候變化相對於軌道效應引起的太陽輻射變化的滯後時間(約5ka)，與亞洲季風23ka的周期變化滯後於歲差變化的時間(約5ka)之間的一致性很可能說明了這一點。
而冰芯同時也否定了該理論。米氏理論的核心是強調了一個敏感區，即北半球高緯區。敏感區的氣候變冷後，其信號被進一步放大、傳輸、進而影響其它地區。根據深海洋氧同位素的記載，北半球大陸冰蓋在0.8MaB.P.前後（晚第四紀）冰蓋波動的主導周期以100ka為主。當檢驗米氏理論適用到何種程度時，即考察產生於北半球的氣候變化信號是否被大範圍的傳輸，並進而影響全球。如果北半球的氣候變化信號被大範圍的傳輸，那麼兩半球晚第四紀氣候變化周期應以100ka為主。然而，一些低緯地區並沒有明顯的100ka冰量周期，而是以20ka歲差周期為主，表明北半球冰蓋的擴張、收縮變化並沒有完全控制低緯區的氣候變化。此外，南極冰芯中的甲烷紀錄亦有強烈的20ka歲差周期。另外，把南極冰芯和格陵蘭冰芯的甲烷記錄進行對比發現，在第1冰消期時，氣溫增高北極要大大滯後於南極。從這個結果看，儘管北半球夏季太陽輻射在冰期旋迴中有重要作用，但是不能否定南半球夏季太陽輻射的局地驅動作用，更不能說明冰期旋迴的全球同時性。
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