随着全球气温逐步攀升，二氧化碳浓度稳步增加，人类越来越关心我们未来的气候变化问题，自1850年以来，全球地表平均温度从-0.3℃上升至14.5℃。自1960年有观测记录的大气中的二氧化碳浓度变化，我们也发现二氧化碳浓度从315ppm上升至380ppm，如今更高！短短的几十年间，二氧化碳浓度变化如此之大，引起世界各国的关注。那么过去发生过这样的情况吗？
全球地表平均温度变化
大气二氧化碳浓度变化
一、古气候学
如何了解过去的气候变化成了科学家研究的难点和热点，一门学科逐渐走进大众的视野，那就是古气候学，什么是古气候学？古气候学就是对整个地球历史时期气候的研究。研究利用保存在沉积物、岩石、树轮、珊瑚、冰芯等中的地质和生物证据（气候代表）来重建世界各地陆地和水生环境的过去气候。获取地球气候环境的变化信息，了解变化规律，研究控制因素，理解当前气候状态进而预测未来变化。
二、如何了解过去的气候变化？
1、 历史资料
在许多古代文献中都曾记载了台风、洪水、旱灾、台风等等自然灾害，这是研究古气候的重要依据。
《翁同龢日记》
2、 自然环境的信息载体
陆地或水生沉积物，冰芯，树木年轮，珊瑚，花粉粒等，所含的物理、化学、生物特征为过去气候环境变化（海平面/古海温/降雨/大气组成等）提供信息。科学家利用这些代用指标来了解过去，进而以古论未来。
比如，冰芯，被困在冰芯中的气泡提供了过去大气成分的记录，它拥有以下优点：
① 保真性强 (低温环境)
② 包含的信息量大
③ 分辨率高
④ 时间尺度长
3、为什么冰芯可以记录过去的气候呢？
当大气中的物质会随大气环流而抵达冰川上空，在积雪形成时，它会在大气中的微小颗粒物周围结晶，使其随着积雪落到地面，被捕获的颗粒（如灰尘，火山灰，烟雾或花粉）的类型和数量告诉科学家有关积雪形成时的气候和环境条件。当积雪落在冰面上时，空气会将冰晶之间的空间填满，随着雪层的积累，晶体之间的空间最终被封闭，在新形成的冰中捕获大量的大气样本。被困在冰芯中的气泡提供了过去大气成分的记录。冰芯记录证明，目前的二氧化碳和甲烷水平（二者都是重要的温室气体）高于过去40万年以来的任何水平。
冰芯
目前南极最老连续记录冰芯80万年Dome C)，格陵兰岛最老连续记录冰芯12万年(NEEM)
4、 如何了解过去的温度？
既然我们知道冰芯可以保存过去的大气，那么我们如何去解析出当时的温度到底是寒冷还是温暖？这就用到了一个有利工具——氧同位素。自然界中氧以16O、17O、18O三种同位素的形式存在，相对丰度分别为99.756%、0.039%、0.205%。
蒸发和冷凝是影响水中重氧(18O)与轻氧(16O)比例的两个过程。含有重18O的水分子比普通水分子更容易凝结而形成降雨，因此越向高纬地区，空气中的18O逐渐耗尽，降水中δ18O 越低。理论推导和观测结果, 均表明温度每降低1℃, 降水中δ18O值减小约0.7‰ (Dansgaard, 1964)。研究人员发现冰芯氧同位素组成与当地温度存在非常明显的关系，即温度越低氧同位素组成越轻，借此推断出了过去的温度变化。
5、 如何了解过去的二氧化碳浓度？
正如前面所提到的，冰中捕获大量的大气样本，如果我们把这些气体提取出来那么不就可以知道过去的大气成分吗？对大气中二氧化碳(CO2)的直接和持续测量只能追溯到20世纪50年代。而冰芯记录可以让我们追溯到过去。由于缺乏合适的提取方法，研究人员大约花了10年左右的时间才建立了测定古代大气中的二氧化碳浓度的可靠方法。
上个1000年CO2和CH4浓度变化
根据南极冰芯记录显示，二氧化碳的浓度在上个千年是稳定的，直到19世纪初开始上升，现在它的浓度比工业革命前高出近40%。甲烷(CH4)， 另一种重要的温室气体，在过去的两个世纪里，也出现了前所未有的巨大增长，现在它的浓度比工业化前的水平高出一倍多。
讲到这里相信大家对于研究人员如何测定过去气候变化有了一定的认识，在人类命运共同体的今天，我们现在面临着一个亟待解决的问题——气候变暖，相信大家都有所感受，近些年来自然灾害频发，干旱、洪涝、台风、地震等等，无不给人类的生命财产带来巨大的损失，如何做到人类与自然可持续发展，需要我们每一个人去努力！
在世界地球日来临之际，号召大家保护地球，珍惜自然资源， 呵护美丽国土！
本文参加【科学V计划】，内容为作者原创。#423头条知识节#
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