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看科考队青藏高原钻取冰芯,藏地密码

雪山巍峨、草原苍茫、天空碧蓝、湖泊澄澈……风光绝美的青藏高原,也是苦寒难至的“第三极”,蕴藏着地球生态环境的无穷奥秘。

冰川是“大自然的博物馆”,也被称为“无字天书”。近日,新华社记者随第二次青藏高原综合科考冰川与环境变化考察队,前往唐古拉山龙匣宰陇巴冰川,直击他们冰芯钻取的艰辛过程,看冰川专家如何探寻“无字天书”的奥秘。

今年6月,我国启动第二次青藏高原综合科考。科学家们首先聚焦江湖源区域,即西藏最大湖色林错以及青藏高原中部重要冰川发育区,力求破译那些隐藏在雪山、盐湖和草原深处的“藏地密码”。

冰川是地球水体的重要组成部分,犹如蓝色星球上的冰雪宝藏。而冰芯,则是科学家们在冰川中自上而下钻取的圆柱状冰样,其中冰封了地球环境的演化历史,是冰川学领域的关键研究素材。

冰芯暗藏“无字天书”

“冰川是‘大自然的博物馆’,甚至可被称为‘无字天书’。”中国科学院研究员徐柏青说。徐柏青是第二次青藏高原综合科考江湖源科考协调组组长,也是此次冰川与环境变化考察队队长。

唐古拉山龙匣宰陇巴冰川下,海拔5150米的一个宿营地旁,一群身着冲锋衣、脚踏登山靴的人正在忙碌地整理着装备——登山杖、踏雪板、冰镐、保护绳、雪斗……他们的面庞,被清一色的墨镜和户外头巾裹得严严实实。

他告诉记者,在冰川中越往下,冰层形成年代越久远。反之,越靠近表层,冰层形成的年代越近。冰川按此规律积累,年复一年从不间断,并且在积累过程中不断将自然环境的变化信息冰封于内。因此,在冰川中竖直钻取一根冰芯,便如同获得了一部自然“编年史”。

这是此次江湖源科考冰川与环境变化考察队。

上世纪五十年代,冰芯钻取和研究在全球取得突破。1987年,我国在敦德冰帽成功钻取第一根冰芯。目前,人类通过冰芯,可以追溯距今80万年的自然环境变迁史。

冰川被科学家称作解读地球自然历史的“无字天书”。年复一年,地球环境变化信息被冰川封存。而冰芯——在冰川中自上而下钻取的圆柱状冰样,就是破解这部“天书”的密钥。研究冰芯中的秘密,让考察队员历尽艰辛却乐此不疲。

冰芯中包含了三种可作为“史料”的物质信息——冰本身、外来物质以及气泡中包裹的气体。其中,冰芯稳定同位素可记录温度变化,而积累量则能恢复降水变化。

这次科考,冰川队原计划在唐古拉冰川、各拉丹东冰川和普若岗日冰原钻取冰芯。无奈由于气温过高,冰雪冻土融化快,有科考队员甚至掉入积雪下的冰湖,打钻地点不得不从冰川顶部移到了末端。

正因如此,在气候变化如此牵动人们神经的今天,冰芯研究也愈发受到全球范围的关注。

“末端冰川是冰川中最‘年长’的部分。由于冰川最先消融最古老的部分,一些冰川会越来越‘年轻’。研究末端冰芯,可监测冰川的‘年龄’变化,判断冰川消融情况。”中科院研究员、冰川与环境变化考察队队长徐柏青说,这项工作在青藏高原温度持续升高、冰川消融加快的背景下具有重要意义。

此外,冰芯中还包含尘埃、微生物等外来物质。徐柏青说,包括超新星爆发等天文事件,都可以在冰芯内的物质中找到根据。冰芯气泡封存了古大气,对其进行分析,可以了解大气成分的演化历史。

湖泊沉积物透露“前世来生”

冰芯要到何处寻?考察队成员,中科院青藏高原研究所博士后朱美林说:“一般而言,钻取冰芯的位置越高、越平越好,冰层要越厚越好。”

与冰川相似,湖泊沉积物在漫长的地质历史演化过程中,存储了丰富的气候环境变化信息,是研究全球气候与环境变化的重要载体。科研人员通过在湖底钻取沉积盐芯,发掘“芯”中的秘密,可以评估湖泊及其周边地区生态系统的历史、现状和未来。

“地势越平、越高,冰雪融化得越慢,且其他地方吹来的雪不会在此堆积,不会影响冰川物质积累的稳定性。”朱美林说。

但取湖底岩芯则须乘风破浪。“我看见湖那边乌云密布,还暗自庆幸躲过了一场大雨。谁知没过多久,我们这边浪头就两三米高,我们都快控制不住小艇了。”一位在色林错湖面飘荡了近15个小时、最终在黑夜踏上坚实陆地的女科考队员说。她的脸上还有斑斑盐渍,那是咸涩的湖水拍打在脸上留下的“纪念”。

冰层越厚,则证明冰川积累时间越久,科研人员可以获得的环境信息越丰富。

徐柏青认为,湖泊扩张是青藏高原正在经历环境巨变的表现之一。其背后的环境作用机制是什么?带来的影响是什么?未来变化趋势是什么?这些问题都极具研究价值。

考察队这次原计划在龙匣宰陇巴冰川海拔5650米处钻取浅冰芯,以恢复过去100年,特别是近50年来,江湖源区气候变化及对冰川、湖泊变化的影响。但入夏以来,唐古拉冰川表层积雪消融较快,雪面下隐藏的冰裂隙、冰湖、冰河,给科考队员带来很大危险。最后,考察队不得不改为在5250米的冰川末端钻取古老冰芯。

科考队这次在色林错成功钻取了10米长的沉积岩芯。这是迄今在色林错钻取的最长的沉积岩芯,据此可研究近两万年的环境变化。

徐柏青说,如果说钻取顶部冰芯,是为了从今天回头看,那么在冰川末端打钻,则是直接找冰川最“年长”的部分进行研究。

岩层化石封存“沧海桑田”

“在末端作业,关键在于一定要打到冰川的最底部。通过原子阱等技术对这部分冰芯进行检测,可以测定冰川的年龄。”徐柏青说,冰川最先消融的是末端最古老的部分,因此随着冰川的持续退缩,冰川会越来越“年轻”。通过逐年观测冰川的年龄变化,可以判断冰川消融速度,预测它未来的命运。

1.8亿年前,如今的青藏高原南部地区还是一片汪洋。而在地质时期的某一时刻,这片海洋消失,随后地表不断隆起,形成了今天的“世界屋脊”。

低温是钻探的理想环境,午夜、凌晨时分便成了钻取冰芯的最佳工作时间。徐柏青介绍,此次钻探的作业温度,至少要在零下5摄氏度以下。而在冰芯钻取的最佳月份,即四、五、十和十一月,科考队员们经常要冒着零下二三十度的严寒,于傍晚向山中进发,顶风冒雪、越岭蹚河,徒步数小时到达钻取点。而由于冰川上和周围区域常常车马难行,科考队员在野外便需变为登山队员,必须具备良好的户外生存技能。

探究高原隆升的过程与机制,一直是青藏高原研究中的一大热点。中科院青藏高原研究所副研究员许强是古生态与古环境考察队的一员,从事地质学研究的他,这次需要探究青藏高原中央分水岭山脉的隆升历史,及其在亚洲水系形成演化中的角色。

在本次钻取末端冰芯近3小时的路途中,队员们先后渡过了五六条冰河。在抵达冰川前,一条较深的冰河挡住去路。有人下脚不慎,水淹到了膝盖以上。几位只穿了徒步鞋的队员,最后被队友背过了河。

“中央分水岭是青藏高原核心带发育的一个长约2500公里的山脉带,可以说是青藏高原的‘脊柱’。”许强说,“它称得上是一条‘星球级的分水岭’。”

而在几天前向冰川顶端进发的过程中,一名科考队员甚至不慎落入了积雪下的冰湖。幸亏这名队员户外经验丰富,借助背包浮力接近湖边,并用冰镐砸向冰面,才最终成功脱险。

此次,考察队利用唐古拉山花岗岩低温热年代学的研究方法,与稳定同位素研究相结合,以期更加全面地了解中央分水岭山脉的形成时代和高度变化。目前初步认为,唐古拉山一线在距今5000万年前可能隆升到今天的高度。

而中科院古脊椎动物与古人类研究所副研究员吴飞翔团队,近日则在高原中部的伦坡拉和尼玛盆地发现了大量热带鱼类化石群落。这些种类与今天本地区所特有的鲤科裂腹鱼类完全不同,可证明该区域在2600多万年前曾处于暖湿环境,其海拔不会高于2000米。

科学家已经证实,青藏高原不是“铁板一块”,在空间上是分阶段上升的。有研究人员提出,当青藏高原中部已经隆起时,喜马拉雅地区可能还是海洋……

此外,藏北羌塘草原是名副其实的“野生动物的天堂”。近年来,如何在保护的基础上使区域内生态环境资源发挥更大效益,服务于科研和国民教育并造福当地群众,成为摆在专家与决策者面前的重要课题。于是,在藏北建立国家公园被提上了议事日程。

“这次科考中,我们担负着对区域内动植物种类、数量、分布区进行摸底,为国家公园的自然保护与生态旅游规划提供科学数据与建议的任务。”生物与生态变化考察队队长、中科院昆明植物研究所研究员杨永平说。

研究人员将绘制一张全面的动物分布图。这份雪域“居民”的“户籍档案”,将为动植物保护、合理放牧与观光旅游规划提供依据。

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