南极冰芯:研究气候变化的“金钥匙”- 史贵涛

嘉宾介绍

史贵涛,2009年毕业于华东师范大学获自然地理学博士学位,2009年至2017年在中国极地研究中心冰川室工作。2018年至今在华东师范大学工作,任紫江青年学者,研究员,2013-2014年在美国Brown University开展合作研究。组织或参加了4次南极内陆冰盖断面冰川学考察。


我今天只是带了一小段,这是从南极取回来的冰芯的样子。这是多深的地方挖出来的呢,不到200米的地方。

南极冰芯:研究气候变化的“金钥匙”- 史贵涛

南极的冰怎么取出来的?给大家简单展示一下,这里是南极昆仑站,这是取冰的视频过程。这套设备非常大,这是钻机系统,这个地方有钻探,也就是钻塔的设备,这是一个钻机系统,钻冰芯用的钻机。我们一个回次转完了以后,开始朝上面提取冰芯样本。这是一个小的控制室,在控制室进行钻机系统的控制。外面有几个人工作人员进行相关的操作,整个钻机系统,这个钻13米长,大家可以看到冰是怎么出来的。在钻头的位置,我们可以把冰拉出来。钻的过程产生冰屑,我们把钻筒打开。有很多冰屑,储存在冰屑室的位置。每次接近3.5米左右。冰芯拿出来以后,我们再把冰芯的钻孔连接上去。我们把钻塔下放,钻塔过程当中,由相关的科考人员进行处理。大家看到有一个人在忙活,对冰屑进行处理。钻塔过程当中需要用到一种液体,液体把它分离,有一个离心机。

为了这个钻探,这个地方有一个槽,十米深的槽,整个钻机系统再放下去。冰芯可以打几千米深,但是我们打一次提上来,打一次提上来,一次3米左右,不停地转下去,这是2016年的时候,我们钻到了600米的深度,当时我们几个人,当时有一个纪念。

刚刚直观展示了一下冰芯怎么取出来的,我给大家介绍一下我们为什么要取冰芯,冰芯有哪些用。取冰芯做什么?我们大家看到我们在南极做的工作,我本人也是做南极冰川研究工作的。

简单介绍一下南极的冰跟其他地方冰有什么不同?南极这块冰面积非常大,1400万平方公里,相当于中国国土面积的1.5倍,这么大一块冰。南极这个地方为什么有这么大一块冰呢?首先温度非常低,目前已经记录到南极的最低温是零下89.2度,这是目前记录到地球上自然界当中最低温度。这个冰有什么不同之处呢?非常厚。平均厚度2133米,非常厚的冰。这块冰对我们有多重要呢?我们这块冰如果全融化了,全球的海平面会上升58米。所以这块冰很重要,我们要去开展南极的研究工作。

我们做南极的研究工作,这个冰一层层积累下来,经过几百上千万年积累下来,我们怎么获取积累的信息呢?我们取冰芯。视频里就是我们正在开展的工作,我们在南极昆仑站开展的冰芯的钻探工作。昆仑站在南极的最高点,海拔4090米,这个地方冰3100米厚,昆仑站年平均温度零下58.5度,冬季记录到的最低温度是零下82.5度,我们在这个区域开展冰芯钻探和研究工作。

我们冰取出来以后要做研究,主要的研究目的,就是开展地球气候变化研究,实际上大家也知道,做古气候,尤其地球以前历史,除了冰芯之外还有其他的载体,比如海洋的沉积物还有一些树轮和历史记录。我们冰和这些载体相比较有什么优势呢?我们冰芯跨的时间尺度很长,可以到百万年,冰芯时间分辨率非常高,我们可以得到过去5年甚至于一个季节的气候变化信息,这是冰芯研究的优势。


利用冰芯研究气候变化的方法是什么呢?简单介绍一下,将今论古,我们现在气候什么状态,在冰芯当中表现什么特征?用这个特征看这个冰芯以前什么表现,从而推断那个时候气候是什么样的信息,这是一个基本的方法。那么为什么要研究过去气候历史呢?因为当我们知道过去怎么发生变化的,变化规律是什么,这样我们可以知道,未来地球的气候怎么变化?我们处在一个什么规律当中,这是冰芯研究的目的。

冰芯当中是不是有这样的信息呢?给大家举一个例子,这是在南极昆仑站钻取的一段冰芯,这段冰芯处于深度124米的地方,有一个非常特殊的冰层,有一点点黑,这是一个什么信息?我们对这个进行初步的研究,我们推断这个地方,大概在4000到5000年,存在一个非常大型全球性的火山喷发事件,在冰层里得到记录和保存。

除了这些信息之外,我想冰芯有一个最主要的不同于其他气候载体的一个信息,就是在冰芯里面保存了气体,冰芯里的气体是怎么产生和保存的呢?

大家知道冰是由雪变化而来的,雪沉积以后,慢慢沉积压实,慢慢形成了冰,在雪变成冰的过程当中,最原始的大气样本,就会保存在冰里面,通过把冰里面气泡提取,我们就能获得最直接的、地球古代大气的环境样本。通过这样一种手段,我们就知道过去的气候和大气环境是什么样的,这是一个最直接的手段。

研究冰芯年龄非常重要的,我们要知道处在什么时期,距今多久了。最核心的问题是,我们要知道冰的年龄怎么鉴定。目前,我们已经做出来的,最古老的连续的冰芯记录是在南极,一个叫Dome C的地方。这个地方有最长的冰芯记录,记录了过去80万年,我们研究冰芯气候变化过程当中,冰的年龄通过间接手段推算或者计算出来的,实际上到目前为止,冰芯绝对年代的测定,从来没有得到解决,他的年龄到底是多少?我测一下,这个年龄是不知道的,怎么办?

随着科技的发展,最近我们用了一个非常新的技术,刚才卢老师也讲了,氪-81,这样一个定年的技术,我们可以对冰的年龄进行直接的测定。前期我们同中科大开展合作,我们在南极的格鲁夫山采集比较表层的蓝冰的样本进行了分析,分析的结果非常开心,我们在表层冰年龄到了13万年。所以在未来,这个地方应该是开展我们老冰,以及地球气候变化历史非常理想的一个区域,所以在未来,我们在氪-81测年的技术帮助下,我们要开展更古老冰的研究,进一步开展更长周期冰芯气候记录研究,这是我们未来要开展的工作。

谢谢大家!


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