如果我給你說:「伸出手掌，我可以了解你的過去，預測你的人生。」你大可一笑了之。但是如果我對你說:「 根據樹輪，我能判斷過去幾十年的降雨情況」，你一定會選擇相信，因為這是科學。
但是如果一個人對你說：「我有一樣東西，可以知道過去100萬年地球氣溫的變化。你認為這是科學推斷還是「跳大神」呢?
這個人，就是丹麥古氣象學家威利.鄧思伽德(Willi Dansgaard)。他的大膽設想開闢了一個重要的研究領域，讓我們有機會認識這顆藍色星球在過去100萬年所經歷的氣候變化。而他最早的發現，和一個啤酒瓶有關。
從啤酒瓶到萬年寒冰
1952年，丹麥大雨，鄧思伽德連續兩天用啤酒瓶在草地上採集雨水樣本，並按照這兩天的室外溫度給這些雨水樣本做了標記。鄧思伽德研究後有了重大的發現。
通常，氧原子帶有8個質子、8個中子和8個電子，即16O，其左上角的「16」，一定程度代表了這個氧原子的質量(原子的質量主要由中子和質子決定，電子質量微乎其微)。
氧原子有一個同胞弟弟18O，它們有相同數目的質子和電子數。但18O的原子核裡有10個中子，這個被稱為"16O」的氧同位素，因為多了2個中子，體重更大。
當氧和氫生成水的時候，也存在著兩種不同的水。一種是帶著16O的水,另一種是帶著18O 的水。
重點來了，鄧思伽德發現:在白天溫度高的時候，收集到的雨水裡， 18O的含量較高;在晚上溫度低的時候，收集到的雨水裡， 16O的含量較低。
這在科學上可以這樣解釋:「帶著18O 的水體重身胖，需要吸收更多的能量，才能蒸發升騰成水汽，飄浮成煙雲，最後降落成雨。大膽假設，小心求證，這是科學研究之道。鄧思伽德有了這個發現後，繼續派出他的「啤酒瓶小分隊」，到世界各地尋找含有18O 的水—他收集了大量的雨水樣本和雪水樣本。
他檢測雨水樣本中18O /16O的比值，再與標準海水中18O /16O的比值比較，算出兩者之間的差值 δ18O 。
他以雨水樣本的 δ18O作為縱坐標、樣本採集時的當地溫度作為橫坐標，畫出各個樣品數據點，得到了一個近似線性關係的結果。雨雪裡的δ18O 取決於雨雪形成時的環境氣溫。在溫度高的地方，雨雪中18O的含量高;在溫度低的地區18O的含量低。
他進一步推斷，在南極和格陵蘭島上積冰裡的δ18O可以反映歷年的全球平均氣溫，在南極和格陵蘭島，當雪花降落後，會一層一層堆積起來，凝結成冰。這些冰千年萬年都不會融化。如果我們找到百年前、千年前、萬年前、百萬年前的冰，我們就能知道那時候地球的平均氣溫。
於是，他建議提取南極和格陵蘭島冰原下的冰雪樣本，來研究歷史上地球氣溫的變化。科學家用機器鑽到幾千米深的冰層，採集出冰芯。這一層層冰，層次非常清楚，像年輪一樣。通過分析冰芯中各種物質的含量和比值，就可以推斷地球氣候的變化。
冰芯中的二氧化碳
隨著雪花降落到地面的，還有空氣中的各種分子，其中就有二氧化碳。所以，在冰芯的各個層次裡也封存了歷年空氣中的二氧化碳。科學家細細地統計冰芯各層中每100萬個分子中有多少個二氧化碳分子，即ppm (part per million) ，這樣就得到了地球大氣中二氧化碳含量的歷史信息。
科學家把前面得到的地球氣溫變化曲線和二氧化碳變化曲線繪製在一張圖裡。圖中的紅線表示氣溫變化，藍線表示大氣中二氧化碳含量的變化。其中，橫坐標的每一格代表5萬年。
科學家發現，地球氣溫隨二氧化碳含量起伏變化，「亦步亦趨」:二氧化碳含量升高，則溫度攀升;二氧化碳含量降低，則溫度下降。這也是環保學家呼籲減少二氧化碳排量、減緩全球變暖趨勢的重要科學依據之一。
尋找最古老的冰
很顯然，想要找到更古老的冰，就要找到更厚的積冰。相對格陵蘭島，南極的冰層更厚。十幾年前，科學家在南極採集了一根3.2千米長的冰芯，裡面包含了80萬年的地球氣候變化史。
科學家還在繼續尋找，試圖找到150萬年前的冰，他們為什麼對此特別感興趣呢?這是因為，120萬年前至90萬年前的中更新世是全球氣候和環境變化的一個重要時期，在此之前，地球每過4.1萬年有一個冷暖 變化周期，而在此之後，冷暖變化周期則是10萬年。這種變化的原因至今仍是個未解之謎。
那麼，如何判斷冰芯的每一層代表的年份呢?
最簡單的可以從最上層的冰層往下數，這種方法最直接，但是很容易數錯:層數太多，界線不分明。也可以用每層中的碳同位素和鈾同位素來判斷年份，當然，這並不適合於所有的冰芯。
我們也可以根據某個特定年份的重大地質事件，找到冰芯某層中空氣含量的劇烈變化，來進行定位，比如說火山爆發。這些事件，在其他地方都有很多科學數據來佐證。
因此一根冰芯，往往一般被切割成幾部分，再利用幾種不同的方法來確定年份，以確保準確度，並與其他已經確定年份的冰芯進行對比。冰芯，可以說是地球百萬年的健康檔案。除了研究地球氣候的歷史外，根據冰芯氣泡中的氣體成分和含量還能推演大氣成分的演化歷史。冰芯中微粒含量和各種化學物質成分的分析結果，可以提供不同時期的沙漠演化、植被演替、生物活動、大氣環流強度、火山活動等信息。
有句成語叫「一葉知秋」，而科學家卻可以「一芯知萬年」。這是多麼了不起的功夫!