同为“无字天书” 冰芯凝气候历史 湖芯藏环境档案

社会2020-06-30 06:00:03

同样是“无子天书”冰芯凝结气候史湖芯藏族环境档案

冰心被称为“无字环境密码档案”。最近,我国的科研人员使用独立设计的冰芯热钻井系统和湖芯重力钻井系统 ,获得了喀喇昆仑山脉以外的第一个深层冰芯和湖芯样品。这些冰芯和湖芯样品可用于重建泛第三极地区的气候和环境变化历史。

那么,冰芯和湖芯是如何形成的呢?他们有什么指标记录环境变化 ?冰芯和湖芯测得的数据有什么实际意义?关于上述问题,《科技日报》记者采访了有关专家 。

实际上  ,所谓的冰芯是圆柱形冰体,它是使用钻孔设备在冰川内部钻孔的 。在高原的高寒地区,积雪逐年积聚 ,并且该积雪不会在一定的高度或极地地区融化,而是会逐渐形成冰川。在数千年甚至数百万年的过程中,积雪层已经积累。年复一年,不同的冰层将自下而上逐渐形成  ,并且这些冰层将自下而上变得越来越新。

研究人员告诉记者,一般来说,当冬季温度低时,积雪形成的颗粒又细又密;夏季气温高时,形成的雪粒又粗又疏。因此,冬季和夏季由雪形成的冰层之间的层状结构将有明显的差异 。

结果,研究人员从冰川中获取的“冰棍”携带了数千年乃至数百万年的气候和环境变化所留下的“历史材料”。它不仅记录有关过去气候和环境自然变化的信息,而且还记录过去人类活动对气候和环境的影响 。“在降雪的那一年 ,冰芯中的冰记录了当年的环境信息,因此研究冰芯就像读一本历史书籍,从下到上,从新到旧,我们可以将整个气候环境变化的历史已经恢复。”中国科学院青藏高原研究所研究员徐柏青告诉《科学技术日报》。

与冰芯相似 ,湖芯也是研究人员钻出的圆柱体。区别在于,湖芯来自湖泊沉积物,这些沉积物是自然地从气体或水体沉降到湖泊底部并积累的物质。沉积物是逐层堆积的 ,某些化学或生物指标可以反映当时的沉积环境和气候条件。“与大型环境变化记录仪的冰芯相比 ,湖芯是区域气候和环境变化以及人类活动历史的忠实记录者。”徐百庆说  。

钻冰芯并非易事。在冰川中获得冰芯需要特殊的钻孔系统,例如机械钻或热钻。钻探之前 ,科研团队通常将对目标冰川进行调查,包括地质特征,冰层厚度和子冰的地形 。在冰川中部或下部钻冰芯可能会遇到消融区或流动的冰川,这会受到许多干扰因素的影响。“通常,在冰川的顶部和相对平坦的地形上进行钻孔,以确保冰层信息的完整性和连续性  。”徐百庆说。

此外 ,研究人员还介绍了出现的冰芯不会融化,因此应在晚上打冰芯  。根据实际地形条件,科研人员还必须选择不同的钻头  。例如,热钻被热环融化,这对于深孔钻探很方便,但是必须加电,陡峭的冰川不能使发电机启动。应根据冰层的硬度和厚度等因素选择钻头和重型锤钻 。

钻湖心的过程是更多的测试经验和耐心 。在研究小组将采样管接触到湖底后 ,沉积物样品在重力作用下进入了采样管,然后将采样管提起。如果采样器的角度接触到沉积物的表面并且存在偏差 ,则生成的沉积物将无法真正反映出时间气候 。同时 ,采样量应正确。如果采样管沉得太浅,则可能无法采样 。如果采样管沉没得太深 ,可能会严重挤压采样管中的样本并使之变形 。

钻完冰芯和湖芯后,为保证其序和水位不乱 ,需要编号,标明冰芯和湖芯各段的上,下阶;为了防止污染 ,还需要严格包装。

对于冰芯和湖芯的保护,两者之间也存在很大差异。“冰芯必须存储在冰冻的环境中 。冷藏室的温度通常为负25°C;但是湖芯无法冻结 。一旦湖芯被冻结,其结构将发生变化,钻取的芯将一般放置。存放于4℃-7℃。”徐百庆说。

记录环境变化的指标存在差异

在徐柏青看来 ,记录环境变化的冰芯指标可分为三类 。

“第一类是冰本身携带的信息 ,它是关于“水分子”的文章。许白清说,水分子由氢和氧两个元素以及氢和氧之比组成 。可以计算出冰芯中的同位素 ,过去,当环境温度高或低时 ,冰芯的累积速率都会显示出降水的变化 。

高原上的冰源于降水。在降水过程中,发生同位素分流。相对重的同位素倾向于随降水而下降,而相对轻的同位素则更有可能形成气体。“这种分流过程与温度有很大关系。我们可以通过测量同位素来分析当时的大气温度 。”徐百庆说。

此外  ,冰本身的结构,晶体大小和排列方式与形成冰的环境有很大关系 ,并且可以反映出冰川形成的动力学特征和过程 。

第二类指标是冰芯中包含的各种物质。通过分析冰芯的构成材料,例如水和所含矿物质,可以恢复历史时期的一些重要环境事件。例如,冰中的灰尘量可用于推断当时沙尘暴活动的强度。中国科学院青藏高原研究所尤超博士发现,根据冰芯中检测到的L-葡聚糖含量的变化,可以推断 ,自1990年以来,亚热带亚洲的生物质燃烧已经呈上升趋势。

另外  ,由于高原上的冰逐渐被雪积聚,所以当降雪时在颗粒之间存在间隙,并且在将雪压实成冰的过程中密封该间隙中的气泡 。这些气泡是冰最初形成时的地球大气层,不包含过去的任何东西 。可怜的消息。通过研究冰芯气泡中的气体成分和含量,可以揭示大气成分的演变历史 ,例如二氧化碳和甲烷等温室气体的历史变化 。

“与冰芯相比,湖芯记录环境变化的指标相对简单。”徐柏青说,湖芯的主要探测对象是湖芯所含的各种物质,沉积物的组成不同,所反映的环境变化信息也不同 。。例如 ,一些研究人员发现  ,通过增加珠穆朗玛峰南部湖芯的硫含量,硫同位素的变化主要是由尘埃衍生的气溶胶的增加以及与风化和侵蚀有关的增强引起的 。气候变暖 。高山的高海拔气候和生态敏感区的环境变化特征起了很大的作用。

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