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冰芯:研究过去环境变化的重要手段
2017-04-21

  目前,人类的活动使自身赖以生存的自然界产生了一系列重大的环境问题,如温室气体增加和全球变暖、臭氧层减薄甚或形成臭氧洞、森林锐减和物种灭绝、土壤肥力下降和土地荒漠化,以及淡水资源短缺等。因此,国际科学界针对这些全球性的环境问题提出了全球变化研究这一重大科学课题,以预测人类生存环境的变化及防范对策。要提高对全球变化的预测力,必须对过去全球变化有充分的认识和了解,因而在全球变化研究中,过去全球变化是全球变化研究中的一项重要研究内容。

  与历史记录、树木年轮、湖泊沉积、珊瑚沉积、黄土、深海岩芯、孢粉、古土壤和沉积岩等可提取过去气候环境变化信息的介质相比,冰芯以其保真性好(低温环境)、分辨率高(可达到年)、记录序列长(可达几十万年)和信息量大,而受到地球科学家的青睐。

  所有在大气中循环的物质都会随大气环流而抵达冰川上空,并沉降在冰雪表面,最终形成冰芯记录,冰芯分析的每一个参数都至少载有一个地球系统变化过程的信息。冰芯中的氢、氧同位素比率是度量气温高低的指标;净积累速率是降水量大小的指标;冰芯气泡中的气体成分和含量可以揭示大气成分的演化历史;宇宙成因的同位素可以提供宇宙射线强度变化、太阳活动和地磁场强度变化的证据;冰芯中微粒含量和各种化学物质成分的分析结果,可以提供不同时期大气气溶胶、沙漠演化、植被演替、生物活动、大气环流强度、火山活动等信息;同时,冰芯也记录了人类活动对气候环境影响的各种信息,等等。

  发达国家的冰芯研究自50年代末以来一直主要集中在南、北两极地区,并取得了一系列重大成果,如恢复了过去20多万年以来的气候环境变化信息,已判别出人类工业化以来大气中温室气体含量的急剧增加等等。目前,南极、北极地区冰芯研究仍呈方兴未艾之势。

  青藏高原冰芯研究的重要性

  气候环境变化不仅具有全球性,而且也具有区域性。只有对不同纬度、不同区域过去气候环境变化进行详细研究,才能揭示过去全球变化的总貌。正因为如此,作为地球第三极的青藏高原已成为国际上冰芯研究的另一角逐场,因为不论是从全球对比的观点出发,还是从预测高亚洲及周围地区生存环境的未来变化来看,青藏高原的过去气候环境研究是十分重要和必要的。

  青藏高原地区能够提取和揭示过去气候环境变化的介质和资料是十分有限的,主要有气象资料、树木年轮、湖泊岩芯和冰芯,其特点分别是:(1)高原气象资料序列短,大多数气象台站是建国后建立后的,资料序列仅有几十年的时间;(2)高原森林分布有限而集中。青藏高原平均海拔在4000米以上,除高原边缘河谷地带有树木生长之外,广大的高原面位于树木线之上,这大大限制了利用树木年轮揭示古气候环境变化的地域范围;(3)高原湖泊岩芯记录虽然时间尺度大,但其分辨率低(100年),难以揭示短时间尺度气候环境的突变信息,而气候环境突变乃是气候环境预测结果不确定性的关键因素之一;(4)高原冰川分布广泛。青藏高原高耸的地势,为现代冰川的发育提供了条件,使该地区成为目前世界上主要的山地冰川作用地区之一。高原上广泛分布的大陆性冰川为冰芯研究提供了场所;(5)冰芯记录时间尺度长(可达几十万年)、分辨率高、信息量大。因此,青藏高原冰芯是研究这一地区过去气候环境变化的一个不可多得的重要手段,其研究结果无疑会使人们对于青藏高原这一独特地质地理单元的气候环境演化有一个全新的认识。

 
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