科学家探寻世界最古老冰层

 据英国《自然》杂志网站报道，在冰层上开展钻探是一项乏味的工作。它需要花费数年的时间在野外开展工作，以便获取长长的冰芯样品，这些样品中保存着数十万年来地球气候变化的连续信息。

　　而现在，科学家们有了一种获得地球漫长历史信息的更快方法。因为急着想要获得距今150万年前的水冰样品，气候科学家们近期开发出一种新一代的快速冰层钻探方法。要知道，150万年的样品年龄几乎要比现有任何水冰样品都要老上一倍。从本月开始，这套新技术中的很多部件都将在南极冰原上接受它们的首次野外测试考验。

　　这项快速钻探新技术可以在短短几周内——而不是传统方法的几年内穿透数公里厚的南极冰原。随后，科学家们将从最深处的冰层中获取样品，那些冰层里的气泡中所包含的气体就是一个个小小的时间胶囊，记录着早已逝去的古老年代里全球气候变化的信息。

　　作为人类设计的最为巨大也最具雄心的机器设备之一，这款由美国设计制造的名为“快速冰钻”(RAID)的大型设备将从它的制造地美国犹他州盐湖城运往南极洲的麦克默多考察站。而与此同时，英国南极调查局(BAS)则将在今年12月份对一款规模小得多的钻探设备开展测试，这款设备英文缩写同样是RAID，但具体名称不同，英国的这款名为“快速同位素钻探设备”。法国和瑞士的相关机构也正在开发类似的快速钻探设备。

　　不过一切都是有代价的，这样的快速钻探设备为了确保更高的钻探速度，牺牲掉了很多细节设计，在钻探过程中它会打碎或融化冰芯，因此要想通过这种方式获得完美的冰芯是不可能的。但这样的快速钻探取样方法可以作为一种快速调查手段，用于获取初步信息，留待以后科学家们再回到这里时开展常规进度的完整钻探取样。比如美国的这款价值超过1050万美元的快速钻探设备，其设计可以在大约一周时间内穿透超过3公里厚的冰层。这样的速度可以使其在一个考察季内在南极大陆各处进行多次钻探，而不是像以前那样，花费好几个考察季的时间也只能完成一次钻探。

　　但即便如此，要想找到地球上最古老的冰仍然不是件容易的事。美国加州斯克里普斯海洋研究所的古气候学家杰弗里·塞弗林豪斯(Jeffrey Severinghaus)表示：“我们在寻找的是那种极为罕见的有利环境，在那样的环境下才能保存下来非常古老的水冰。”在理想的情况下，科学家们将会发现一系列厚厚的冰层，这些冰层未曾受到流动冰川的扰动，也未由于来自下方岩层的热量而过度升温。而可能存在这类条件的区域就包括南极冰原上的几处冰穹，如中国南极昆仑站所在得到冰穹A，或是冰穹C地区，欧洲科学家们此前在该地区花费超过5年时间进行钻探作业并获取了一份80万年年龄的冰芯样品。

　　现在，科学家们想要更进一步，取得距今至少120万年以上年龄的古老冰芯。这样一份样品将提供有关地球气候转变的重要信息，当时地球的冰川周期逐渐从10万年周期转向4.1万年周期。

　通过研究了解究竟是何种因素主导了这种转变，并分析二氧化碳在此过程中是否发挥了某种作用，再加上对其他一些因素的考虑，比如地球自转倾角的改变等等，将最终帮助科学家们了解随着全球变暖，地球上的冰层将会发生何种改变。塞弗林豪斯表示：“如果我们不了解这一点，那么我们就无法真正了解今天的地球气候。”

　　另外，如果做一下对比，美国和英国方面在获取深层南极冰芯样品方面所采取的策略是不同的。美国方面的RAID设备在钻探过程中，当其抵达冰层底部时还将继续钻探，获取下方深达50米的基岩岩芯样品，对这些岩芯样品的分析将能够了解它们最后一次暴露在宇宙射线环境中的时间是在多久之前，而这一信息又将反过来让我们得知南极冰层逐渐开始覆盖南极大陆的时间。RAID设备的全面野外测试预计将在2016~2017年间在南极冰原上进行。

　　而英国方面的RAID则是相比之下规模小得多的一个项目，其总耗资不超过50万英镑(约合487万人民币)，是在传统冰层钻探设备的基础上改造而来的。其钻探能力仅能穿透大约600米厚的冰层，这样就只能得到年龄大约为3万~4万年的冰芯样品。但不同于美国方面的方案，英国的设备是不需要钻井液的。使用钻井液将大大增加整个设备的质量，导致迁移地点时将会付出更高的成本。英国方面钻探设备项目的负责人朱利叶斯·里克斯(Julius Rix)表示：“因为不用钻井液，我们没办法钻到更深了。但我们有很多感兴趣的地方。”

　　第三个类似的项目则是正在法国格勒诺布尔第一大学开发中的“SUBGLACIOR”设备，该项目的规模与美国方面的项目规模接近，整个项目耗资超过320万欧元(约合2225万元人民币)，其设计思想不是在冰层中切割前进，而是用融化的方法打开前进道路，并在一路上测量融化的冰水中的同位素数据，用这种方法间接获得冰层年龄数据。根据设计，该设备可以穿透数公里厚的冰层，全面现场测试工作也将在2016年至2017年间在南极冰原上进行。

　　而第四个类似的项目名为“RADIX”，其钻探的孔径将远小于其他几个项目，其钻开的孔洞直径将只有2厘米，但它可以在短短几天内穿透3公里厚的冰层。其项目团队负责人，瑞士伯尔尼大学的气象学家雅各布·史万德(Jakob Schwander)表示，RADIX此前已经在格陵兰进行了一系列的初步测试工作。

　　目前还没有人知道这些设备在南极冰原上真正开展钻探时将会出现何种情况。在穿透上覆的巨厚冰层后它们将遭遇到什么？或许是冰层下隐藏数百万年的原始湖泊，在那里可能还生存着一些极端环境下的微生物群落。或者它们可能会探测到下方岩石向上释放的热流，从而遭遇到科学家们此前没有预料到的底层冰层消融现象。

　　美国明尼苏达大学地质学家约翰·古吉(John Goodge)是美国RAID项目负责人，他表示：“这是一个非常跨学科领域的项目。这种快速钻探技术将为我们提供此前无法拥有的各种资源。“