皚皚白雪下的“無字天書”

水鈺

每年夏季，是南極科考隊員們最忙碌的時候。在2003—2007年的4個夏季里，日本國立極地研究所在“富士圓頂”考察站完成了第二次深層冰芯鉆探計劃，取出目前人類所得第二古老的冰芯。

2017年2月12日，日本科學(xué)家們把這塊擁有72萬年歷史的冰芯的研究成果寫成論文，發(fā)表在了美國《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。眾所周知，南極冰芯記錄了古代地球的氣候變化，這無疑對科學(xué)家們復(fù)原當(dāng)時的地球氣候條件有著極大的幫助。

此外，南極冰芯的研究價值不僅僅體現(xiàn)在氣候方面。2016年3月3日，日本科學(xué)家就在南極冰芯中發(fā)現(xiàn)了1 000年前爆炸的超新星遺跡，令整個天文界為之震驚。

那么，南極冰芯究竟從何而來？我們又為什么要通過它來研究古代地球的氣候呢？

來之不易的“天書”

早在上個世紀(jì)70年代，多國南極考察隊曾在冰穹C地區(qū)建立聯(lián)合鉆探冰芯小組，后僅留下法國科考隊，他們成功從980米深的冰川中取得約5萬年前的冰芯。

1992年，法國決定在此建立一個新的科考站。4年后，法國和意大利有了共同的夏季營地，人們?yōu)橛谰眯钥瓶颊镜慕⑻峁┲笄诒Ｕ稀Ｍ瑫r，歐洲南極冰芯取樣項目組也來此鉆取冰芯。截至2004年12月21日，科學(xué)家們的鉆探深度達(dá)到3 270.2米，距基巖僅5米，所回收的冰芯中最久已有90萬年歷史，是目前最古老的冰芯。

2005年，南極高原上第3個全年運(yùn)行的科考站——康宏站成立了，而此前只有1957年所建立的兩大科考站：美國的阿蒙森-斯科特南極站和俄羅斯的東方站，矗立在南極肆虐的風(fēng)中。

如此來之不易的南極冰芯里，究竟蘊(yùn)藏著什么秘密，讓一代又一代的科學(xué)工作者如癡如醉呢？原來，大氣中的各種物質(zhì)會在大氣環(huán)流的作用下逐漸漂浮在冰川上空，隨后沉降在冰雪表面，再被一層層雪花掩蓋住，最終形成冰芯來記錄地球氣候的變化。

在數(shù)10萬年的時間里，南極冰芯中的氣泡、宇宙成因的同位素、參數(shù)指標(biāo)等信息載體，都為當(dāng)時的氣候變遷規(guī)律提供了有利的線索。比如，氣泡中的氣體成分及其含量能揭示大氣成分的演變歷史；宇宙成因的同位素是論證宇宙射線強(qiáng)度變化、太陽活動和地磁場強(qiáng)度變化的證據(jù)；而參數(shù)指標(biāo)則包含氫、氧同位素比率和凈積累速率等，前者可以度量當(dāng)時的氣溫高低，后者可以判斷當(dāng)時的降水量大小。

破譯地球密碼

如今，人們越來越意識到研究古代氣候的重要性。除了了解地球的氣候變遷、現(xiàn)代氣候形成原因、自然地理環(huán)境演變外，科學(xué)家們對古代氣候的研究還能幫助我們掌握地殼演化、礦產(chǎn)資源的成因與分布情況，以及了解氣候敏感性（即當(dāng)大氣中二氧化碳濃度增加一倍時的輻射強(qiáng)度所產(chǎn)生的全球平均溫度變化），從而緩解溫室效應(yīng)。

其實，科學(xué)家們研究古代氣候并不單純依賴于南極冰芯，古老的文獻(xiàn)典籍、樹木的年輪、深海沉積物、黃土等也都是不錯的媒介。不過，文獻(xiàn)典籍大多殘缺不全，樹木的年輪僅能記錄千年，深海沉積物更是少為百年，黃土也非年年都能保存下來。綜上分析，科學(xué)家們還是會首選冰芯，畢竟其中所包含的信息跨度時間長，低溫條件下也保證了信息的失真率低。

隨著冰芯研究的不斷深入，人們逐漸將南極冰芯的研究范圍擴(kuò)展至生物地球化學(xué)循環(huán)、火山活動、宇宙事件、超新星爆炸、生物活動與植被演化等多個方面。相信在不久的將來，南極冰芯會給我們帶來更多的驚喜。

在地球的整個自然變遷歷程中，絕大部分時間是氣候溫暖、適宜各類生物生存的。

寒武紀(jì)早期，就曾發(fā)生過生物大爆發(fā)，地球上首次出現(xiàn)了帶硬殼的動物，三葉蟲、奇蝦等無脊椎動物出現(xiàn)，紅藻、綠藻等植物也繁盛起來。緊接著，奧陶紀(jì)晚期溫度驟降，令生物集群大量滅絕，許多腕足動物門、牙形石消失。到了志留紀(jì)，各種生物逐漸復(fù)蘇，筆石、牙形石的數(shù)量日益增多。而泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)的開啟則讓裸蕨類獲得了繁盛，并出現(xiàn)菊石、昆蟲等新生物。

遺憾的是，二疊紀(jì)、三疊紀(jì)又發(fā)生了大規(guī)模的生物滅絕事件，70%以上的陸生脊椎動物、96%以上的海洋生物就此消失。接下來的侏羅紀(jì)同樣發(fā)生了生物滅絕，使當(dāng)時僅存的50%以上的物種消亡，形成了大量空缺的生態(tài)位，導(dǎo)致恐龍成為了優(yōu)勢陸生動物。好景依舊不長，也許是小行星或彗星撞擊了地球，又可能是持續(xù)的火山爆發(fā)，大量的灰塵長期在空中飄散，遮天蔽日，令植物無法進(jìn)行光合作用，從而對整個生態(tài)系統(tǒng)造成了致命的影響。

經(jīng)歷了毀滅性的打擊后，地球重新振作了起來，溫度也漸漸回升。古近紀(jì)的被子植物異常繁盛，哺乳動物也迅速繁衍。到了中新世，動植物的進(jìn)化已經(jīng)較為完善，哺乳動物和鳥類在食物鏈中占據(jù)著重要位置。而上新世的氣候開始變冷變干，四季逐漸分明起來，與現(xiàn)在的氣候有些相似。再到更新世、全新世，幾乎出現(xiàn)了目前為止的所有生物種類，也形成了更為完善的氣候環(huán)境。

自從工業(yè)革命開始后，地球就遭受到人類的肆意蹂躪，大氣污染、冰川消融、土地沙漠化……無一不在威脅著地球上的各類生物。2017年4月22日，我們又要迎來一年一度的世界地球日，這個于1970年發(fā)起的環(huán)境保護(hù)活動，已經(jīng)成為了全世界環(huán)保主義者的節(jié)日和環(huán)境保護(hù)宣傳日。

保護(hù)我們的地球家園，至少讓我們的子子孫孫也能看到今天我們所能看到的風(fēng)景吧！