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，發表在了美國《科學進展》雜志上。眾所周知，南極冰芯記錄了古代地球的氣候變化，這無疑對科學家們復原當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在氣候方面。2016年3月3日，日本科學家就在南極冰芯中發現了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70年代，多國南極考察隊曾在冰穹C地區建立聯合鉆探冰芯小組，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，人們為永久性科考站的建立提供著后勤保障。同時，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，科學家們的鉆探深度達到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中。

如此來之不易的南極冰芯里，究竟蘊藏著什么秘密，讓一代又一代的科學工作者如癡如醉呢？原來，大氣中的各種物質會在大氣環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、參數指標等信息載體，都為當時的氣候變遷規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度變化、太陽活動和地磁場強度變化的證據；而參數指標則包含氫、氧同位素比率和凈積累速率等，前者可以度量當時的氣溫高低，后者可以判斷當時的降水量大小。

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、現代氣候形成原因、自然地理環境演變外，科學家們對古代氣候的研究還能幫助我們掌握地殼演化、礦產資源的成因與分布情況，以及了解氣候敏感性（即當大氣中二氧化碳濃度增加一倍時的輻射強度所產生的全球平均溫度變化），從而緩解溫室效應。

其實，科學家們研究古代氣候并不單純依賴于南極冰芯，古老的文獻典籍、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展至生物地球化學循環、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。

寒武紀早期，就曾發生過生物大爆發，地球上首次出現了帶硬殼的動物，三葉蟲、奇蝦等無脊椎動物出現，紅藻、綠藻等植物也繁盛起來。緊接著，奧陶紀晚期溫度驟降，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，各種生物逐漸復蘇，筆石、牙形石的數量日益增多。而泥盆紀、石炭紀的開啟則讓裸蕨類獲得了繁盛，并出現菊石、昆蟲等新生物。

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

經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，動植物的進化已經較為完善，哺乳動物和鳥類在食物鏈中占據著重要位置。而上新世的氣候開始變冷變干，四季逐漸分明起來，與現在的氣候有些相似。再到更新世、全新世，幾乎出現了目前為止的所有生物種類，也形成了更為完善的氣候環境。

自從工業革命開始后，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年發起的環境保護活動，已經成為了全世界環保主義者的節日和環境保護宣傳日。

保護我們的地球家園，至少讓我們的子子孫孫也能看到今天我們所能看到的風景吧！