中國(guó)網(wǎng)/中國(guó)發(fā)展門戶網(wǎng)訊   冰芯是從冰川上鉆取的圓柱狀雪冰樣品。取自冰川積累區(qū)的冰芯，包含著過(guò)去逐年積累的降雪和干、濕沉降物質(zhì)，這些物質(zhì)保存著其沉積時(shí)的氣候環(huán)境信息。在?20?世紀(jì)?50—60?年代，丹麥?Dansgaard通過(guò)對(duì)降水穩(wěn)定同位素的研究，發(fā)現(xiàn)極地地區(qū)降水中氧、氫同位素比率（δ¹⁸O?和?δD）變化與溫度之間存在密切關(guān)系；進(jìn)而，他提出分析冰芯中氧、氫同位素比率變化便可重建過(guò)去氣候變化的思想，從此拉開(kāi)了冰芯氣候環(huán)境記錄研究的序幕。

冰川是由固態(tài)降水（雪）長(zhǎng)期積累、演變而成的，在粒雪通過(guò)密實(shí)化轉(zhuǎn)變?yōu)楸ū倪^(guò)程中，粒雪層中原先與大氣相通的空隙被封閉成為氣泡。因此，冰芯中包裹的氣泡是古大氣的“活化石”。冰芯不但記錄著過(guò)去氣候環(huán)境各種要素（如氣溫、降水、大氣化學(xué)和環(huán)境微生物等）的變化，也記錄著影響氣候環(huán)境變化各種因子（如太陽(yáng)活動(dòng)、火山活動(dòng)和大氣溫室氣體含量等）的變化，同時(shí)還記錄著人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響。因此，冰芯是研究過(guò)去氣候環(huán)境變化的極佳介質(zhì)。

冰芯研究從極地冰蓋開(kāi)始，后來(lái)擴(kuò)展到中低緯度山地冰川地區(qū)，對(duì)全球變化研究作出了重要貢獻(xiàn)，極大地推動(dòng)了冰凍圈科學(xué)和全球變化科學(xué)的發(fā)展；同時(shí)，冰芯研究可從歷史角度評(píng)價(jià)人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響，為相關(guān)環(huán)境政策的制定提供了重要科學(xué)基礎(chǔ)。

南極和北極冰芯記錄的過(guò)去氣候環(huán)境變化

自1966?年和?1968?年冰芯科學(xué)家分別在格陵蘭冰蓋世紀(jì)營(yíng)地（Camp Century）和南極冰蓋伯德站（Bryd）首次鉆取透底冰芯以來(lái)，已在南極冰蓋上鉆取了沃斯托克（Vostok）、冰穹?C（EPICA Dome C）、西南極分冰嶺（WAIS Divide）等冰芯，在格陵蘭冰蓋上鉆取了戴伊-3（Dye3）、格陵蘭冰蓋冰芯計(jì)劃（GRIP?和?GISP 2）、格陵蘭北部冰芯計(jì)劃（NGRIP?和?NEEM）等冰芯。通過(guò)對(duì)這些冰芯的研究，已揭示出過(guò)去?80?萬(wàn)年來(lái)地球氣候與大氣中溫室氣體含量的變化，發(fā)現(xiàn)了在末次冰期時(shí)氣候變化存在明顯的突變特征，且南極和北極氣候變化之間存在“蹺蹺板”現(xiàn)象，同時(shí)重建了歷史時(shí)期的太陽(yáng)活動(dòng)變化和火山噴發(fā)事件信息等。

軌道時(shí)間尺度的氣候環(huán)境變化

依據(jù)南極沃斯托克冰芯中?δ¹⁸O?和?δD?的記錄，重建了?4?個(gè)完整冰期-間冰期旋回的氣候變化，并發(fā)現(xiàn)該冰芯記錄的冰期-間冰期旋回的氣溫變化幅度達(dá)?12℃?左右。南極冰穹?C?冰芯將氣候環(huán)境記錄追溯到?80?萬(wàn)年前。該冰芯記錄的近?80?萬(wàn)年以來(lái)的氣溫、粉塵含量和大氣溫室氣體含量（CO₂、CH₄?和?N₂O）變化，均存在?10?萬(wàn)年、4?萬(wàn)年和?2.3?萬(wàn)—1.9?萬(wàn)年的變化周期，其中?10?萬(wàn)年周期為主導(dǎo)周期；同時(shí)，在軌道時(shí)間尺度（冰期-間冰期時(shí)間尺度）上大氣氣溶膠含量、溫室氣體含量與氣候變化之間密切相關(guān)。深海氧穩(wěn)定同位素記錄表明，在距今?120?萬(wàn)—80?萬(wàn)年時(shí)，更新世氣候變化由之前的以?4?萬(wàn)年周期為主，轉(zhuǎn)變?yōu)橹蟮囊?10?萬(wàn)年周期為主，此即中更新世氣候轉(zhuǎn)型。有關(guān)假說(shuō)認(rèn)為，這一氣候轉(zhuǎn)型可能是由大氣中?CO₂?含量降低所造成的。對(duì)東南極艾倫（Allan）山藍(lán)冰區(qū)域冰齡約?200?萬(wàn)年的冰芯進(jìn)行了研究，結(jié)果表明距今?80?萬(wàn)年之前的氣溫變化和大氣?CO₂?濃度變化沒(méi)有超出距今?80?萬(wàn)年以來(lái)的變化范圍，但是距今?80?萬(wàn)年之前的冰期時(shí)氣溫和大氣?CO₂?濃度較距今?80?萬(wàn)年以來(lái)冰期時(shí)的高。這一研究結(jié)果不支持中更新世氣候轉(zhuǎn)型的?CO₂?降低假說(shuō)，但卻說(shuō)明中更新世氣候轉(zhuǎn)型之后的冰盛期時(shí)冰蓋范圍較大且大氣?CO₂?濃度較低。

千年尺度的氣候變化

20?世紀(jì)?80?年代之前，人們普遍認(rèn)為末次冰期時(shí)氣候是相對(duì)穩(wěn)定的。然而，通過(guò)對(duì)格陵蘭戴伊-3?冰芯中?δ¹⁸O?高分辨率記錄的分析發(fā)現(xiàn)，末次冰期時(shí)氣候存在多次突變事件，即氣候在幾十年甚至更短的時(shí)間內(nèi)迅速變暖?5℃—10℃?并進(jìn)入間冰階，而在隨后的幾百年至幾千年的時(shí)間里氣候逐漸變冷并進(jìn)入冰階。這一發(fā)現(xiàn)引起了古氣候?qū)W界的巨大震動(dòng)。Dansgaard?等通過(guò)對(duì)格陵蘭冰芯記錄的深入研究，發(fā)現(xiàn)距今?11.5?萬(wàn)—1.4?萬(wàn)年存在?24?次氣候突變事件，即?D-O?事件（Dansgaard-Oeschger Events）。基于不同地區(qū)高分辨率的石筍、湖泊和海洋等沉積記錄，表明?D-O?事件在北半球大的空間范圍內(nèi)是廣泛存在的。相關(guān)研究表明，D-O?事件的發(fā)生與北大西洋深層水形成速率的變化有關(guān)。對(duì)比南極和北極冰芯氣候記錄，發(fā)現(xiàn)當(dāng)格陵蘭冰芯中?D-O?事件處于暖位相時(shí)，南極冰芯記錄的氣候狀況處于冷期，反之亦然，即末次冰期時(shí)南極和北極氣候變化在千年時(shí)間尺度上存在“蹺蹺板”現(xiàn)象。最近，利用全球大氣?CH₄?濃度變化的同步性，對(duì)南極冰芯和格陵蘭冰芯記錄的氣候變化過(guò)程進(jìn)行精確比較，發(fā)現(xiàn)格陵蘭地區(qū)?D-O?事件時(shí)的突然變暖早于南極氣候開(kāi)始變冷?218±92?年，格陵蘭氣候變冷早于南極氣候開(kāi)始變暖?208±96?年。這表明北極地區(qū)的氣候突變信息，可通過(guò)海洋環(huán)流向南半球高緯地區(qū)傳遞。 

太陽(yáng)活動(dòng)變化

大氣中宇宙成因同位素（如?¹⁴C、¹⁰Be、³⁶Cl?等）含量的變化與太陽(yáng)活動(dòng)密切相關(guān)，分析沉積在冰芯中這些同位素含量的變化就可以揭示過(guò)去太陽(yáng)活動(dòng)的變化信息。基于格陵蘭冰芯中?¹⁰Be?濃度記錄，發(fā)現(xiàn)大約在公元前?5600?年、5100?年、4200?年、3500?年、2800?年、1900?年、700?年、300?年和公元?800?年、1100?年、1700?年左右的太陽(yáng)活動(dòng)相對(duì)較弱。最近，依據(jù)南極和北極冰芯中的?¹⁰Be?濃度記錄，計(jì)算了全新世時(shí)期太陽(yáng)總輻射量的變化。這為分析過(guò)去氣候變化的原因提供了重要資料積累。

火山噴發(fā)事件 

一般來(lái)說(shuō)，低緯度火山噴發(fā)物質(zhì)可以通過(guò)大氣環(huán)流波及全球范圍，而中高緯度火山噴發(fā)物質(zhì)的影響范圍僅限于其所在的半球范圍內(nèi)。但如果中高緯度的火山噴發(fā)極為強(qiáng)烈，其噴發(fā)物質(zhì)也可以通過(guò)平流層影響到全球范圍。格陵蘭冰芯記錄表明，過(guò)去?11?萬(wàn)年來(lái)火山噴發(fā)主要集中在?3?個(gè)時(shí)期，即距今?8.5?萬(wàn)—7.9?萬(wàn)年、距今?3.6萬(wàn)—2.7?萬(wàn)年和距今?1.3?萬(wàn)—0.7?萬(wàn)年。其中，最后一個(gè)時(shí)期的火山活動(dòng)較強(qiáng)，并與北半球冰蓋消退、海平面上升期相一致。這一發(fā)現(xiàn)有力地支持了陸地冰量變化及洋盆水量變化會(huì)導(dǎo)致火山活動(dòng)增強(qiáng)的理論。對(duì)南北兩極冰芯中近?2?000?年來(lái)火山事件記錄的研究表明，南極冰芯記錄了?133?次火山噴發(fā)事件，格陵蘭冰芯記錄了?138?次火山噴發(fā)事件；其中，50?次火山噴發(fā)事件在兩極冰芯中均有記錄，這些與熱帶地區(qū)的火山噴發(fā)有關(guān)。最近，基于南北兩極冰芯記錄，冰芯研究者建立了火山噴發(fā)事件數(shù)據(jù)庫(kù)，并據(jù)此重建了近?2?000?多年來(lái)大氣氣溶膠光學(xué)厚度的變化。這為認(rèn)識(shí)火山噴發(fā)所引起的輻射強(qiáng)迫效應(yīng)，以及評(píng)估歷史時(shí)期火山噴發(fā)對(duì)氣候變化的影響提供了科學(xué)基礎(chǔ)。

極地冰芯微生物

冰芯中微生物研究可獲得古老微生物及微生物演化的信息。目前，在冰芯中發(fā)現(xiàn)的微生物主要包括細(xì)菌、病毒、藻類和真菌，其中細(xì)菌的數(shù)量最多。相關(guān)研究表明，不論是在南極冰芯中還是在北極冰芯中，冷期時(shí)冰芯中微生物數(shù)量較多，這與冷期時(shí)大氣中粉塵含量較高有關(guān)。目前，在格陵蘭不同年代（距今?14?萬(wàn)—500?年前）的冰芯樣品中均發(fā)現(xiàn)了多種番茄花葉病毒的?RNA，在南極冰芯樣品中也發(fā)現(xiàn)了類似病毒顆粒。冰川內(nèi)部的古老病毒是否會(huì)隨冰川的消融而釋放并造成世界衛(wèi)生和疾病防控問(wèn)題，是值得深入研究的重要課題。