姚檀栋:一片“冰芯”在高原

2017-01-04 10:18 来源:科普中国  我有话说
2017-01-04 10:18:25来源:科普中国作者:责任编辑:肖春芳

  瑞典人类学和地理学会(SSAG)2016年12月26日发布消息称,鉴于在青藏高原冰川和环境研究方面所做出的贡献,2017年维加奖将授予中国科学院青藏高原研究所姚檀栋教授。

姚檀栋:一片“冰芯”在高原

姚檀栋教授在青藏高原四郎(摄)

  姚檀栋教授和他的研究团队通过冰芯记录、冰川变化实地观测、卫星遥感数据分析、模型模拟等不同方法的综合集成研究发现,现在是过去2000年来最温暖的时段,当今的全球气候变暖和印度季风与西风交互作用是造成青藏高原冰川退缩及其区域差异的重要原因。

  维加奖——地理学的诺贝尔奖

  瑞典人类学和地理学会(SSAG)成立于1877年。维加奖设立于1881年,是著名地理学家和北冰洋航道开拓者阿道夫 艾瑞克诺登舍尔德在1878至1880年间,率领“维加号”首次通过大西洋和太平洋东北部,完成环绕欧亚大陆的历史性航行之后设立的。维加奖每三年在全世界范围内对杰出的地学科学家进行海选之后评选出一名获奖者,由瑞典国王颁奖,有“地理学诺贝尔奖”之称。

  设立135年来,这是亚洲科学家首次获得维加奖。

  冰芯:揭开全球变化之谜的“新钥匙”

  人类用文字记录历史,地球则将历史写进大自然——树木的年轮、黄土的沉积、岩石的圈层……其中,冰芯是地球历史最重要、最客观的书写者之一。早在人类出现之前,它们就将地球环境变迁的信息,封存于剔透的内心。

  南极地区和北极地区是冰芯研究最早的地区,在气候变化研究中起领先作用。但是,仅仅依靠南北极冰芯来解释全球气候环境变化是不够的,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。

  青藏高原的冰芯研究虽然起步较晚,始于20世纪80年代中期,但在短短的几十年间已取得了长足的进展,引起了国内外地学界的极大反响。到目前为止,已从祁连山敦德冰帽、西昆仑山古里雅冰帽、希夏邦马峰抗物热冰川和唐古拉山冬克玛底冰川、慕士塔格冰川、普若岗日冰原等钻取了多支深孔和浅孔冰芯,通过对冰芯的分析与研究获得了一些重要成果。

姚檀栋:一片“冰芯”在高原   

唐古拉山冰川 田立德(摄)

  通过研究青藏高原冰芯中多种代用指标与气候环境变化的关系,重建并分析了过去10多万年以来不同时间尺度的高分辨率气候环境记录,发现在全球变化影响下,青藏高原比其它地区更敏感、温度变化幅度更大、更具有地区差异性。

姚檀栋:一片“冰芯”在高原  

田立德(摄)

  无字的环境密码档案库

  冰芯,顾名思义,就是钻取自冰川内部的芯。冰芯形成由于气温低,积雪不融化,每年的积雪形成一层层沉积物,年复一年,从底部往上逐渐形成一层层的冰层,越向上年代越新。冬季气温低,雪粒细而紧密;夏季气温高,雪粒粗而疏松;因而,冬夏季积雪形成的冰层之间具有显著的层理结构差异,宛如树木的年轮一样。

  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,冰芯具有保真性强(低温环境)、包含的信息量大,而且分辨率高、时间尺度长的特点,堪称“无字的环境密码档案库”。

  冰芯研究通过从冰川(包括冰盖和冰帽及其他类型的冰川)中钻取冰样,破解冰芯环境密码,检测过去气候与环境变化、监测现代气候与环境变化、预测未来气候与环境变化。

姚檀栋:一片“冰芯”在高原

田立德(摄)

  冰芯中的环境密码

  冰芯不仅记录着过去气候环境自然变化的信息,而且记录着过去人类活动对于气候环境的影响,因而在过去全球变化研究中具有重要的地位。

  具体地说,冰芯中氢、氧同位素比率是度量气温高低的指标;冰芯净积累量是降水量的指标;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变化,可以提供不同时期的大气气溶胶、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;冰芯也记录了人类活动对气候环境影响和各种信息,等等。

姚檀栋:一片“冰芯”在高原  

田立德(摄)

  不仅如此,通过冰芯的研究,科学家们可以对不同时期的生物地球化学循环、火山活动、宇宙事件、超新星爆炸、生物活动与植被演化等展开更为精确具体的研究。这些重大成果不但极大地丰富了气候与环境变化的研究内容,更革新了人类关于地球系统演化及其重要机制的一些观点。

  一片“冰芯”在高原
  冰川研究离不开野外工作,高原反应让人心慌气短、头痛欲裂,野外考察走得四肢发软、满脚水泡,荒郊露营处处鼠鸟虫蚁、土石沙砾。特别是在海拔超过6000米的青藏高原冰川上,热水是烧不开的,米饭是蒸不透的,鸡蛋是煮不熟的,最低气温低于零下40摄氏度,氧气只有海平面的40%左右……

姚檀栋:一片“冰芯”在高原

田立德(摄)

  甚至一点简单的思考,都会有沉重的头疼和巨大的压力让你难以承受。寒风刺骨,冰天雪地,每一步都似乎要用尽全身力气,每一秒都似乎难以为继,每一刻却又丝毫不敢懈怠随意,一个滑倒,就有可能摔下陡峭的冰崖,一个趔趄,就有可能掉进几十米深的冰缝。

姚檀栋:一片“冰芯”在高原

田立德(摄)

  施雅风院士曾经有言,冰川事业是豪迈的事业,是勇敢者的事业。在青藏高原高海拔地区开展野外科学研究不仅是对科学高峰的攀登,也是对一个人体力、智慧、胆识、意志的全面考验,是对人类生命极限的挑战。

  作为我国冰芯研究的主要开拓者之一,姚檀栋教授和他的研究团队已经揭示了青藏高原冰川退缩及其区域差异的重要原因。未来,他们还将在这片冰川上,继续研究,坚定前行。

姚檀栋:一片“冰芯”在高原

出品:科普中国制作:中国科普博览 中国科学院青藏高原研究所监制:中国科学院计算机网络信息中心

[责任编辑:肖春芳]

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