皑皑白雪下的“无字天书”

2017-05-05水钰

科学大众（中学） 2017年4期

关键词：科考南极气候

水钰

每年夏季，是南极科考队员们最忙碌的时候。在2003—2007年的4个夏季里，日本国立极地研究所在“富士圆顶”考察站完成了第二次深层冰芯钻探计划，取出目前人类所得第二古老的冰芯。

2017年2月12日，日本科学家们把这块拥有72万年历史的冰芯的研究成果写成论文，发表在了美国《科学进展》杂志上。众所周知，南极冰芯记录了古代地球的气候变化，这无疑对科学家们复原当时的地球气候条件有着极大的帮助。

此外，南极冰芯的研究价值不仅仅体现在气候方面。2016年3月3日，日本科学家就在南极冰芯中发现了1 000年前爆炸的超新星遗迹，令整个天文界为之震惊。

那么，南极冰芯究竟从何而来？我们又为什么要通过它来研究古代地球的气候呢？

来之不易的“天书”

早在上个世纪70年代，多国南极考察队曾在冰穹C地区建立联合钻探冰芯小组，后仅留下法国科考队，他们成功从980米深的冰川中取得约5万年前的冰芯。

1992年，法国决定在此建立一个新的科考站。4年后，法国和意大利有了共同的夏季营地，人们为永久性科考站的建立提供着后勤保障。同时，欧洲南极冰芯取样项目组也来此钻取冰芯。截至2004年12月21日，科学家们的钻探深度达到3 270.2米，距基岩仅5米，所回收的冰芯中最久已有90万年历史，是目前最古老的冰芯。

2005年，南极高原上第3个全年运行的科考站——康宏站成立了，而此前只有1957年所建立的两大科考站：美国的阿蒙森-斯科特南极站和俄罗斯的东方站，矗立在南极肆虐的风中。

如此来之不易的南极冰芯里，究竟蕴藏着什么秘密，让一代又一代的科学工作者如痴如醉呢？原来，大气中的各种物质会在大气环流的作用下逐渐漂浮在冰川上空，随后沉降在冰雪表面，再被一层层雪花掩盖住，最终形成冰芯来记录地球气候的变化。

在数10万年的时间里，南极冰芯中的气泡、宇宙成因的同位素、参数指标等信息载体，都为当时的气候变迁规律提供了有利的线索。比如，气泡中的气体成分及其含量能揭示大气成分的演变历史；宇宙成因的同位素是论证宇宙射线强度变化、太阳活动和地磁场强度变化的证据；而参数指标则包含氢、氧同位素比率和净积累速率等，前者可以度量当时的气温高低，后者可以判断当时的降水量大小。

破译地球密码

如今，人们越来越意识到研究古代气候的重要性。除了了解地球的气候变迁、现代气候形成原因、自然地理环境演变外，科学家们对古代气候的研究还能帮助我们掌握地壳演化、矿产资源的成因与分布情况，以及了解气候敏感性（即当大气中二氧化碳浓度增加一倍时的辐射强度所产生的全球平均温度变化），从而缓解温室效应。

其实，科学家们研究古代气候并不单纯依赖于南極冰芯，古老的文献典籍、树木的年轮、深海沉积物、黄土等也都是不错的媒介。不过，文献典籍大多残缺不全，树木的年轮仅能记录千年，深海沉积物更是少为百年，黄土也非年年都能保存下来。综上分析，科学家们还是会首选冰芯，毕竟其中所包含的信息跨度时间长，低温条件下也保证了信息的失真率低。

随着冰芯研究的不断深入，人们逐渐将南极冰芯的研究范围扩展至生物地球化学循环、火山活动、宇宙事件、超新星爆炸、生物活动与植被演化等多个方面。相信在不久的将来，南极冰芯会给我们带来更多的惊喜。

在地球的整个自然变迁历程中，绝大部分时间是气候温暖、适宜各类生物生存的。

寒武纪早期，就曾发生过生物大爆发，地球上首次出现了带硬壳的动物，三叶虫、奇虾等无脊椎动物出现，红藻、绿藻等植物也繁盛起来。紧接着，奥陶纪晚期温度骤降，令生物集群大量灭绝，许多腕足动物门、牙形石消失。到了志留纪，各种生物逐渐复苏，笔石、牙形石的数量日益增多。而泥盆纪、石炭纪的开启则让裸蕨类获得了繁盛，并出现菊石、昆虫等新生物。

遗憾的是，二叠纪、三叠纪又发生了大规模的生物灭绝事件，70%以上的陆生脊椎动物、96%以上的海洋生物就此消失。接下来的侏罗纪同样发生了生物灭绝，使当时仅存的50%以上的物种消亡，形成了大量空缺的生态位，导致恐龙成为了优势陆生动物。好景依旧不长，也许是小行星或彗星撞击了地球，又可能是持续的火山爆发，大量的灰尘长期在空中飘散，遮天蔽日，令植物无法进行光合作用，从而对整个生态系统造成了致命的影响。

经历了毁灭性的打击后，地球重新振作了起来，温度也渐渐回升。古近纪的被子植物异常繁盛，哺乳动物也迅速繁衍。到了中新世，动植物的进化已经较为完善，哺乳动物和鸟类在食物链中占据着重要位置。而上新世的气候开始变冷变干，四季逐渐分明起来，与现在的气候有些相似。再到更新世、全新世，几乎出现了目前为止的所有生物种类，也形成了更为完善的气候环境。