&&&&新闻缘起
&&&&中国南极深冰芯钻探实现零的突破
&&&&当地时间1月21日上午，我国深冰芯钻机在南极昆仑站安装完成后，进行了第一钻的试钻探，成功钻取了一支长达3.83米的冰芯，达到了该钻设计的最大钻取冰芯长度。标志着中国深冰芯钻探实现零的突破。此次钻取冰芯的位置将是未来获取更深冰芯的钻口。我国计划用4年时间在此钻取超过3000米的深冰芯，以获得100万年以上时间尺度的地球气候与环境变化的信息。
&&&&深冰芯钻探是地球科学研究的前沿问题之一。经过20多年的科考努力，我国在南极冰盖最高点——冰穹A上建立了考察站，要进行一系列的考察工作，其中最重要的就是深冰芯钻探。我国著名极地科学家李院生指出，“要与百年前的气候进行跨时空的对话，中国极地科考工作者们任重而道远。”
&&&&冰芯四问
&&&&冰芯是怎样形成的
&&&&南极大陆集中了地球上90%左右的冰，据推算，如果将这些冰全部融化流入大海，会使海平面上升70米。
&&&&在长达几万年、几十万年的岁月中，南极的每次降雪并没有融化，而是不断被堆积起来，下面的陈雪又被上面新的积雪压碎，并压缩成冰。所以，南极的冰不是由其大陆表面的水冻结而成，而是由雪压成的。
&&&&目前，人类正试图从过去几十万年时间堆积起来的冰原中寻找地球的过去，而南极冰芯正是通向过去甚或开启未来的那把钥匙。
&&&&“冰芯”深藏在大冰块内部。“冰芯的形成过程，就是它记录气候变化的过程。”中国极地研究中心副主任、中国南极昆仑站首任站长曾在接受采访时表示，所有在大气中循环的物质都会随大气循环流动抵达冰川上空，然后沉降在冰雪表面，最终形成冰芯。
&&&&为何通过冰芯研究气候变化
&&&&目前，人们了解气候的媒介主要有深海沉积物、黄土、树轮和冰芯。前三者在记录气候上均有时间的分辨度不够这一缺点：深海沉淀物记录的气候时间仅为一两百年；黄土并非年年都会保存下来；树轮由于每年都生长故而精确，但其记录气候的时间上限仅为几千年。
&&&&由于地球两极以及青藏高原每年会降雪，且不会融化，降雪每年都会沉积下来，因此，相比较而言，冰芯在记录气候方面最完整、分辨率最高。
&&&&从深冰芯中，可以测试出过去百万年以来的同位素、温室气体等气候信息载体，从而获得历史上某个时期的气候特征。如果我们可以找到这样一个时期，其温度较高，温室气体的含量也较高，那么我们就很有可能证明，在自然界的演化过程中也可能产生很多的温室气体，那么现在全球气候变暖、温室气体的增加就不仅仅是人类的“贡献”。
&&&&南极冰芯记录着几十万年间气候冷暖交替的众多信息，通过研究不同年代的冰芯，可以为寻找当前气候变迁规律提供线索。
&&&&李院生指出，获得古老冰芯是为了了解气候变化的规律及温室效应对地球变暖的影响，并研究分析冰芯里面的生物碎片对气候变化有何预兆，了解冰盖底部到底是什么性状。
&&&&他解释说，冰芯分析的每一个参数，至少包含着地球气候系统某一个参数变化过程的信息。例如，冰芯中氢、氧同位素比率是度量气温高低的指标，而净积累速率是降水量大小的指标。再看冰芯中的气泡，气泡中的气体成分及其含量，是揭示大气成分的演化历史的钥匙。而冰芯的另一个指标——宇宙成因的同位素，则为科学家们的论证提供宇宙射线强度变化、太阳活动和地磁场强度变化的最有力的证据。
&&&&“气象密码”是如何被记录的
&&&&在极地科学家的眼中，冰芯就像一本无字天书，蕴藏着地球气候变化的秘密。专家解释，降雪层里的化学成分可反映当时的大气环境，例如湿润的气候海缘性离子比较多——通过海洋蒸发，降水量大；如果是非常干燥的情况下，则陆缘性离子比较多。如此，通过研究冰芯可分析出气候的干燥、寒冷、温暖状况。
&&&&此外，雪堆积起来时其内部包含着大量的大气。这个大气随着雪逐渐被压缩成冰时又被囚禁在其中，与外部的大气完全隔离。每年下的雪又在此冰上堆积起来，最终冰进一步被压缩构成冰层。而囚锢在冰中的大气变成微小的气泡，再也不能漏泄到外面。经过漫长的岁月，气泡可称为“大气的化石”。因此，通过钻孔将含有这种气泡的冰取出研究，就可以知道有关当时地球环境的许多情况。
&&&&冰芯研究还能够推测过去一定时间内，地球温度的变化。据了解，普通的氧（氧16）对其稀有同位素（例如氧18）在化合物中的比率会随着温度的变化而变化。因此，只要把气泡中的氧16和氧18的比率测定出来，就能知道地球当时的温度。
&&&&另外，从冰芯中也能推断人类活动的情况。产业革命以后，地球大气中二氧化碳与甲烷分别增加了25%和150%，直到20世纪五六十年代进行核试验为止，南极的冰都正确地将人类活动的痕迹记录了下来。
&&&&“由于南极常年处于极低气温环境，少有人类活动的干扰。因此，这里的冰芯保真性非常良好，分辨率高，记录时间可长达几十万年，同时，它所蕴含的信息量也比其他自然物质要大，因此受到地球科学家们的青睐。”英国《新科学家》(New&Scientist)杂志曾发布报道，日本科学家研究发现，南极的冰芯中甚至还包含了1000年前爆炸的超新星遗迹，在天文界引起了轰动。
&&&&为什么在冰穹A地区钻取的冰芯最有研究价值
&&&&我国昆仑站所在的南极内陆冰盖最高点冰穹A地区不仅是南极内陆冰盖的最高区域，也被国际社会公认为南极研究的制高点。
&&&&负责第27次南极考察南极内陆冰川学考察的，中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰冻圈科学国家重点实验室丁明虎博士指出，冰穹A对于冰川学的研究具有特殊的意义。冰穹A不仅是南极冰盖的最高点，也是东南极冰盖的中心。它距离南极各个海岸的距离都很远且大致相等，来自各个方向的水汽都有可能到达冰穹A，因此冰穹A地区的冰芯是周边所有海洋水汽共同作用产生的结果。
&&&&同时专家指出，因为南极的冰原不是平坦的，而是像倒扣过来的汤盘，中心有山巅，周边高度降低。冰原内部像一条非常缓慢流动的河，每年以大约68米的速度在流动。离开中心的冰，在上面巨大的压力下流向外侧，而冰穹A地区处于冰原最高点，没有水平移动，所以钻取的冰芯样本具有年代可比性，对其分析研究可以了解冰芯在此地形成过程中的不同年代的气象和环境信息。
&&&&冰芯故事
&&&&“把5000年历史都喝进肚子里”
&&&&2003年1月，欧洲南极冰芯钻探项目(EPICA)小组的科学家在南极一个叫协和丘冰层的表层以下3200米处，钻取到了离海床只有100米的冰芯。据专家考证，这根冰芯在75万年前形成，成为当时人类所获取的历史最悠久的冰芯。
&&&&日，日本第47次南极观测队在“富士圆顶”观测点成功钻取冰盖以下3028.5米的冰芯，专家认为，这块冰芯样本中包含了100万年前的气候数据。
&&&&“我最大的梦想是在南极的冰穹A地区钻到3000米以上的古老深冰芯。”中国极地研究中心副主任、中国南极昆仑站首任站长李院生表示，冰穹A的冰厚超过3000米，被公认为是最有可能钻取到超过100万年厚冰芯的地方。
&&&&在中国第26次南极考察中，科考队员们钻出一根来自冰穹A冰川下133米深的冰芯。据专家估计，这段冰芯中包含了年以来的地球的气候密码。李院生和同伴们兴奋地捡起了冰芯带出的冰渣子，化成水煮沸后，泡茶喝下，并戏称为“把5000年历史都喝进肚子里”。中国科普博览 中国科学院青藏高原研究所:冰芯中藏了什么环境密码？_作品展示_移动融合创作
冰芯中藏了什么环境密码？
出品：科普中国
制作：中国科普博览 中国科学院青藏高原研究所
监制：中国科学院计算机网络信息中心
　　（索朗罗布 摄）&&
　　近日，第二次青藏高原综合科考冰川与环境变化考察队前往龙匣宰陇巴冰川冰芯钻取点，钻取冰芯进入决战阶段。&
　　按照计划，科考队将从海拔5150米的唐古拉冰川营地，连续行军9个多小时，当晚抵达海拔5650米的冰芯钻取点，在气温最低时，连夜钻取冰芯，并在凌晨携带冰芯返回大本营。&
　　那么，到底什么是“冰芯”呢？为何科考队要选择青藏高原的冰川作为钻取对象呢？冰芯真的能带我们去解开全球气候变化之谜吗？&
冰芯：无字的环境密码档案库
　　冰芯，顾名思义，就是钻取自冰川内部的芯。冰芯形成由于气温低，积雪不融化，每年的积雪形成一层层沉积物，年复一年，从底部往上逐渐形成一层层的冰层，越向上年代越新。冬季气温低，雪粒细而紧密；夏季气温高，雪粒粗而疏松；因而，冬夏季积雪形成的冰层之间具有显著的层理结构差异，宛如树木的年轮一样。 &
　　　　田立德（摄） &
　　与历史记录、树木年轮、湖泊沉积、珊瑚沉积、黄土、深海岩芯、古土壤和沉积岩等可提取过去气候环境变化信息的介质相比，冰芯具有保真性强（低温环境）、包含的信息量大，而且分辨率高、时间尺度长的特点，堪称“无字的环境密码档案库”。&
　　南极地区和北极地区是冰芯研究最早的地区，在气候变化研究中起领先作用。但是，仅仅依靠南北极冰芯来解释全球气候环境变化是不够的，只有对不同纬度、不同区域过去气候环境变化进行详细研究，才能揭示过去全球变化的总貌。 &
　　　　青藏高原的冰芯研究虽然起步较晚，始于20世纪80年代中期，但在短短的几十年间已取得了长足的进展，引起了国内外地学界的极大反响。到目前为止，已从祁连山敦德冰帽、西昆仑山古里雅冰帽、希夏邦马峰抗物热冰川和唐古拉山冬克玛底冰川、慕士塔格冰川、普若岗日冰原等钻取了多支深孔和浅孔冰芯，通过对冰芯的分析与研究获得了一些重要成果。 &
　　　　 &
　　　　唐古拉山冰川 田立德（摄） &
　　通过研究青藏高原冰芯中多种代用指标与气候环境变化的关系，科学家重建并分析了过去10多万年以来不同时间尺度的高分辨率气候环境记录，发现在全球变化影响下，青藏高原比其它地区更敏感、温度变化幅度更大、更具有地区差异性。 &
冰芯中藏了哪些环境密码？
　　我国科考队通过从冰川（包括冰盖和冰帽及其他类型的冰川）中钻取冰样，破解了冰芯环境密码，检测过去气候与环境变化、监测现代气候与环境变化、预测未来气候与环境变化。&
　　然而，冰芯不仅记录着过去气候环境自然变化的信息，而且记录着过去人类活动对于气候环境的影响，因而在过去全球变化研究中具有重要的地位。那么，从青藏高原的冰川所钻取的冰芯究竟可以给我们带来哪些信息呢？&
　　具体地说，冰芯中氢、氧同位素比率是度量气温高低的指标；冰芯净积累量是降水量的指标；冰芯气泡中的气体成分和含量可以揭示大气成分的演化历史；宇宙成因的同位素可以提供宇宙射线强度变化、太阳活动和地磁场强度变化的证据；冰芯中微粒含量和各种化学物质成分的变化，可以提供不同时期的大气气溶胶、沙漠演化、植被演替、生物活动、大气环流强度、火山活动等信息。&
　　　　 &
　　　　田立德（摄） &
　　此外，通过冰芯的研究，科学家们可以对不同时期的生物地球化学循环、火山活动、宇宙事件、超新星爆炸、生物活动与植被演化等展开更为精确的研究。&
　　我们每进行一次冰芯研究，就进一步地丰富气候与环境变化的研究，并且革新了人类关于地球系统演化及其重要机制的观点。希望深入寒冷冰川之地的科考队每次都能顺利地完成艰难的钻取任务。&
本作品还在其他渠道：新知丨青藏高原冰芯：无字的环境密码
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新知丨青藏高原冰芯：无字的环境密码
导语：人类用文字记录历史，地球则将历史写进大自然——树木的年轮、黄土的沉积、岩石的圈层……其中，冰芯是地球历史最重要、最客观的书写者之一。早在人类出现之前，它们就将地球环境变迁的信息，封存于剔透的内心。日，2014年度国家科技奖励大会在北京举行。中国科学院青藏高原研究所等科研单位开展的“青藏高原冰芯高分辨率气候环境记录研究”荣获2014年度国家自然科学奖二等奖。揭开全球变化之谜的“新钥匙”南极地区和北极地区是冰芯研究最早的地区，在气候变化研究中起领先作用。但是，仅仅依靠南北极冰芯来解释全球气候环境变化是不够的，只有对不同纬度、不同区域过去气候环境变化进行详细研究，才能揭示过去全球变化的总貌。青藏高原的冰芯研究虽然起步较晚，始于80年代中期，但在短短的几十年间已取得了长足的进展，引起了国内外地学界的极大反响。到目前为止，已从祁连山敦德冰帽、西昆仑山古里雅冰帽、希夏邦马峰抗物热冰川和唐古拉山冬克玛底冰川、慕士塔格冰川、普若岗日冰原等钻取了多支深孔和浅孔冰芯，通过对冰芯的分析与研究获得了一些重要成果。唐古拉山冰川通过研究青藏高原冰芯中多种代用指标与气候环境变化的关系，重建并分析了过去10多万年以来不同时间尺度的高分辨率气候环境记录，发现在全球变化影响下，青藏高原比其它地区更敏感、温度变化幅度更大、更具有地区差异性。无字的环境密码档案库冰芯，顾名思义，就是钻取自冰川内部的芯。冰芯形成由于气温低，积雪不融化，每年的积雪形成一层层沉积物，年复一年，从底部往上逐渐形成一层层的冰层，越向上年代越新。冬季气温低，雪粒细而紧密；夏季气温高，雪粒粗而疏松；因而，冬夏季积雪形成的冰层之间具有显著的层理结构差异，宛如树木的年轮一样。与历史记录、树木年轮、湖泊沉积、珊瑚沉积、黄土、深海岩芯、孢粉、古土壤和沉积岩等可提取过去气候环境变化信息的介质相比，冰芯具有保真性强（低温环境）、包含的信息量大，而且分辨率高、时间尺度长的特点，堪称“无字的环境密码档案库”。冰芯研究通过从冰川（包括冰盖和冰帽及其他类型的冰川）中钻取冰样，破解冰芯环境密码，检测过去气候与环境变化、监测现代气候与环境变化、预测未来气候与环境变化。冰芯中的环境密码冰芯不仅记录着过去气候环境自然变化的信息，而且记录着过去人类活动对于气候环境的影响，因而在过去全球变化研究中具有重要的地位。具体地说，冰芯中氢、氧同位素比率是度量气温高低的指标；冰芯净积累量是降水量的指标；冰芯气泡中的气体成分和含量可以揭示大气成分的演化历史；宇宙成因的同位素可以提供宇宙射线强度变化、太阳活动和地磁场强度变化的证据；冰芯中微粒含量和各种化学物质成分的变化，可以提供不同时期的大气气溶胶、沙漠演化、植被演替、生物活动、大气环流强度、火山活动等信息；冰芯也记录了人类活动对气候环境影响和各种信息，等等。不仅如此，通过冰芯的研究，科学家们可以对不同时期的生物地球化学循环、火山活动、宇宙事件、超新星爆炸、生物活动与植被演化等展开更为精确具体的研究。这些重大成果不但极大地丰富了气候与环境变化的研究内容，更革新了人类关于地球系统演化及其重要机制的一些观点。一片“冰心”在高原冰川研究离不开野外工作，高原反应让人心慌气短、头痛欲裂，野外考察走得四肢发软、满脚水泡，荒郊露营处处鼠鸟虫蚁、土石沙砾。特别是在海拔超过6000米的青藏高原冰川上，热水是烧不开的，米饭是蒸不透的，鸡蛋是煮不熟的，最低气温低于零下40摄氏度，氧气只有海平面的40％左右......甚至一点简单的思考，都会有沉重的头疼和巨大的压力让你难以承受。寒风刺骨，冰天雪地，每一步都似乎要用尽全身力气，每一秒都似乎难以为继，每一刻却又丝毫不敢懈怠随意，一个滑倒，就有可能摔下陡峭的冰崖，一个趔趄，就有可能掉进几十米深的冰缝。施雅风院士曾经有言，冰川事业是豪迈的事业，是勇敢者的事业。在青藏高原高海拔地区开展野外科学研究不仅是对科学高峰的攀登，也是对一个人体力、智慧、胆识、意志的全面考验，是对人类生命极限的挑战。来源：中国科学院青藏高原研究所
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