百万年前的秘密南极气候变化

　　导读：一项雄心勃勃的实验，钻进冰层，穿越一百万年的历史。中国探索，暂时领先。
　　作为澳大利亚百万年冰芯项目的首席科学家，乔尔佩德罗和一个由工程师和研究人员组成的团队定于202122年夏季南极小圆顶附近开始一项多年的钻探行动。这将是初步恢复南极最古老的连续冰芯项目的第一个步骤。
　　佩德罗不应该坐在南极洲澳大利亚凯西站劳冰穹（LawDome）上的一辆绿色货车里。佩德罗应该是在离南极洲中心960多公里的地方。
　　除非是一个特别晴朗的日子，否则一个位于南极洲东部边缘的1400米高的雪山劳冰穹（LawDome）的景观，看起来与佩德罗应该在的小冰穹C点的景观几乎完全一样。白雪在靴子下嘎吱作响，白云在头顶翻滚，在地平线上，两者相遇。这就像在太空中，颜色颠倒了一样。
　　但是，澳大利亚南极分部的冰芯科学家佩德罗在劳冰穹（LawDome）不是为了看风景。他真正感兴趣的是地表下的东西。
　　冰芯使科学家能够看到时间的倒流，了解地球的气候和冰期的历史。它们还提供了一个改写我们对南极的了解的机会，它们能帮助科学家预测气候变化可能对我们的未来产生的影响。我们检索的一百万年的冰芯是南极科学的圣杯之一，也是国际冰芯研究的一个巨大挑战。澳大利亚的南极计划正在努力崛起，以迎接冰芯时代的到来。
　　但是南极洲有其他计划。
　　就在他计划于1月出发去劳冰穹（LawDome）之前，在一个藏在南极洲东部风车岛的泥雪村，一些媒体记者朋友在澳大利亚的凯西站见到了佩德罗。他已经筋疲力尽，气喘吁吁。大多数探险家将南极洲的意外事故归咎于一种神话般的破坏性力量，已经发作了。来势汹汹的天气阻止了从考察站到小冰穹C点（LittleDomeC）的航班，让佩德罗和他的团队只能等待晴朗的天空。
　　但是，使任务陷入混乱的不仅仅是这股破坏性的力量。还有新冠大爆发（COVID）的不利影响，在12月比利时的一个基地发现欧米茄毒株之后，该项目就暂时被停滞了。佩德罗和他的团队预计在前往小冰穹C点（LittleDomeC）的途中，然后正准备前往法国意大利的康科迪亚基地，该基地关闭了，并禁止新的人员抵达。这是新冠大爆发连续第二年将项目的计划打乱了。
　　一旦发现团队无法前往小冰穹C点（LittleDomeC），他们就改变了策略，决定前往劳冰穹（LawDome），首次在南极条件下测试他们的冰芯钻。
　　南极洲地图显示了小冰穹C点（LittleDomeC）（蓝圈）与澳大利亚南极分部三个前哨站（红方）的大致位置。
　　但是，就在佩德罗的团队艰难跋涉30英里到劳冰穹（LawDome）的时候，一群欧洲科学家和工程师正在离澳大利亚人希望的地方仅3英里的地方扎营。他们的钻头已经穿过了冰的表面。
　　在寻找百万年冰芯的过程中，佩德罗的团队正在失去优势。
　　一次穿越时空的旅行
　　1990年的情人节，当美国宇航局的旅行者一号航天器距离地球60亿公里时，工程师们将探测器转了一圈，并将其相机对准了家乡。它拍下了一张地球的照片，在空旷的太空中悬浮在一束光中，地球的大小不到一个像素，由于我们的大气层，地球呈现出一种微弱的蓝色，一个淡蓝点。
　　美国宇航局旅行者一号拍摄的苍蓝点图像。地球在黄色的太阳光中隐约可见一个光点。
　　当佩德罗注视着冰面时，他想起了这张照片。他指出：当你从钻孔中往下看时，会有这种真正丰富的深蓝色，。穿透冰层的光线弯曲到你的眼睛，照亮了冻结在几年、几十年甚至更长的时间里的分子。
　　佩德罗说：你是在回顾过去的时光。
　　南极洲是地球的一个主要记录人。它的冰层稳定了数百万年，就像一个时间胶囊，一个研究地球大气层的方法。因为它是在数百年前，科学家们几十年来一直在钻探冰层，捞出不到5英寸厚的细长冰芯。
　　每个岩芯中都有气泡，这些气泡是随着时间的推移冰层的压缩而形成和冻结的。敲开一个气泡，分析里面的化学成分，可以看出整个历史上地球关键气体的水平。氮气、氧气、二氧化碳、甲烷和其他气体被精致地保存着。评估它们的浓度使研究人员能够揭示大气中的温室气体的数量在几十万年中是如何变化的，这个变化远在人类开始人为地提高它们之前就已经开始发生。
　　这可能是所有古气候档案中最纯粹的环境信息记录者。
　　最古老的连续冰芯来自穹顶C点（DomeC），就在佩德罗本应在202122年夏季开始钻探的地方。它是由欧洲南极洲冰芯项目（EPICA）在21世纪初获得的，是南极洲冰芯科学的一个分水岭时刻。
　　该冰芯有助于加强二氧化碳水平和温度紧密耦合的论点。当二氧化碳上升时，温度也会上升。它还揭示了在过去80万年里，二氧化碳的浓度为什么从未像今天这样高。
　　2015年在劳冰穹（LawDome）进行的冰芯钻探的孔洞
　　科学家们希望将记录进一步向后延伸，而不仅仅是为了保持自己的工作，科学家们已经从海洋沉积物记录中知道，大约在一百万年前，地球上发生了一些非常剧烈和有趣的事情。
　　在120万年和80万年前的某个时候，地球经历了一场革命。在这之前，地球每4。1万年经历一次冰期，这是一个温度较低、冰层加速形成的时期。但是在过去的一百万年里，冰河时期的周期一直以10万年为周期运行。有些东西改变了。但是科学家们并不确定是什么。
　　南极洲的冰芯应该告诉我们在这个过渡时期地球是什么样子。隐藏在冰芯气泡中的二氧化碳浓度可以揭示什么时间发生了如此巨大的变化并有可能帮助我们了解人类活动如何进一步扰乱该系统。
　　2022年1月，佩德罗和澳大利亚团队在劳冰穹（LawDome）上度过的第一天，暴风雪破坏性力量的因素再次发作。
　　一场暴风雪降临到他们的现场，将五名探险者限制在一个类似于集装箱的单元中，在那里他们分享咖啡和故事，而风则吹打着墙壁。幸运的是，暴风雪在不到两天的时间里就被吹走了，最后，他们终于能够走到冰上。
　　在2022年夏天，测试演习涉及在劳冰穹（LawDome）安营扎寨。在这里，团队在D11点停下了脚步，这是通往劳冰穹（LawDome）山顶的路线上的一个航点，位于海平面以上约2300英尺。
　　一旦天空放晴，该团队开始首次测试他们的冰芯钻，即Eclipse，但是也许你现在应该预料到测试工作并不是毫无瑕疵地进行。佩德罗他们确实遇到了一些问题，在对钻头进行了一些额外的加工和修补后，团队能够向下钻进大约19。8米，让佩德罗再次看到了淡蓝色的钻孔。
　　这次测试是该团队在未来五年内将进行的工作的一次实践。在南极条件下亲手操作钻头，将使明年的操作更加有效。然而，尽管佩德罗说这次测试是血淋淋的成功，但他并不回避未能到达小冰穹C点（LittleDomeC）的失望。
　　他说，小冰穹C点（LittleDomeC）是一个特殊的地方，因为它包含了我们所知的一些最古老的南极冰。
　　初步工作已经确定了在小冰穹C点（LittleDomeC）有一个包含极其古老的冰的地点。但这并不是把钻头对准下面，拉起一个核心那么简单。在试图找到一个百万年的冰芯时，科学家们遇到了三个问题。首先是每年只有有限的时间可以钻探。
　　在冬天，小冰穹C点的温度可以达到零下44（112华氏度）。这简直是太冷了，太黑了，工作无法在冬天开展，这就是为什么冰芯项目预计需要长达7年的时间，因为需要利用南半球11月至2月之间有限的夏季。
　　新的劳冰穹（LawDome）测试新钻头。
　　第二是当你深入冰层足够深时，从地球表面以下发出的自然热量会扰乱冰层底部。潜伏在冰面下深处的百万年记录可以实实在在地融化掉。
　　第三是冰层的移动。冻结的冰块正在缓慢地从小冰穹C点上移开，而且，随着冰块的碰撞，它可能会自行折叠起来。困在冰芯中的时间线就会变得杂乱无章，失去秩序。如果你把冰层想象成一本日记，那就像发现从8月到12月中旬的日期。
　　欧洲南极洲冰芯项目BeyondEPICA公司团队
　　当佩德罗的团队夏天在劳冰穹（LawDome）测试他们的钻头时，欧洲的BeyondEPICA公司团队正在小冰穹C点开始工作。他们的营地是一个由帐篷和运输集装箱搭建在冰面上的小村庄，距离东南极洲中心的康科迪亚站大约32公里。
　　之前的欧洲EPICA项目，希望在20世纪90年代末找回一个40万年的冰芯。来自意大利冰芯科学家参与了该项目，他说当该团队发现在钻探到3200米后，他们实际上找到了一个80万年的冰芯时，这让这位意大利科学家感到很惊讶。
　　只有一条路进入小冰穹C点（LittleDomeC）
　　这个年龄段使他们恰好处于中更新世过渡期的中间，这是一个科学上引人入胜的时期，地球的冰期间隔似乎正在发生变化。他们知道他们需要进一步研究。
　　在用表面穿透雷达从空中扫描了康科迪亚站附近超过19312公里的冰层后，他们找到了小冰穹C点（LittleDomeC）的位置，团队认为那里可能潜藏着150万年的冰。他们的目标是在2025年的某个时候到达冰原底部。
　　在开始钻探的两个月后，BeyondEPICA公司在为这个季节打包前已经达到了大约129。54米的深度。在前往过去100万年的旅程中，该团队仅穿越了3000年的时间。当然只是一小部分时间，这是一个有希望的开始，该团队将在未来的夏季里继续努力。
　　在地球上最极端的环境之一的冰层中钻探了20多年，BeyondEPICA团队比澳大利亚团队有一个明显的优势：经验。要知道，澳大利亚一个能力不凡的选手，它已经在劳冰穹（LawDome）工作了几十年，并从地表下4000英尺处提取了岩心，解决了近10万年的记录问题，但在小冰穹C点（LittleDomeC）工作却构成了一个更大的挑战。
　　从BeyondEPICA公司营地拍摄了这张澳大利亚百万年冰芯项目基地在小冰穹C点（LittleDomeC）的照片。在地平线上，你可以看到两个小盒子澳大利亚工作人员未来努力的第一个迹象。
　　欧洲特遣队也有更好的机会进入其钻探地点，因为法国和意大利的康科迪亚基地离这里只有48公里。澳大利亚人前往小冰穹C点（LittleDomeC）的旅程，至少在开始时要困难得多，需要从南极洲边缘的凯西站向内陆穿越1200公里。他们不太可能遇到裂缝，但为期两周的旅程将考验探险家和工程师的决心，而且还有暴风雪极端天气的因素潜伏在地平线上的永远存在的威胁。
　　竞争助长了早期对南极洲的探索，特别是在20世纪初的英雄时代。罗伯特斯科特（RobertFalconScott）与罗阿德阿蒙森（RoaldAmundsen）争夺成为第一个到达南极的人。其他探险家，如欧内斯特沙克尔顿（ErnestShackleton），追寻成为第一个从海到海穿越南极大陆的人的荣耀。（沙克尔顿没有成功）
　　比赛是南极发现神话的一个关键部分，但在过去的60年里，合作一直是揭开该大陆许多秘密的关键。1959年签署的《南极条约》规定，该地区只能用于和平目的，科学成果应进行交流并免费提供。寻找百万年冰芯的工作正是在这种背景下进行的。
　　欧洲特遣队希望尽快把冰带回来，但并没有被卷入与澳大利亚人争夺百万年冰芯的讨论。
　　澳大利亚和欧洲也是如此，他们都坚持认为这真的不是一场比赛。鉴于我们的对手是一个由经验丰富的欧洲人组成的14国财团，他们将是第一个拿回最古老冰块的团队。做第二没有什么可耻的。这两个团队需要彼此。
　　他们在小冰穹C点（LittleDomeC）的钻探地点仅相隔4。8公里的冰层，科学家们实际上可以在地平线上看到澳大利亚的营地，而且这两个团队提取的岩芯将被用来验证和核实另一个团队在地表下的发现。
　　当媒体朋友在今年2月份与佩德罗交谈时，他说他对欧洲团队在202122赛季取得的进展不感到嫉妒。他说，澳大利亚的项目，不会把自己的时间表与欧洲人的时间表对立起来。我们更好地运行自己的比赛，把事情做好，把事情做彻底。
　　BeyondEPICA团队的成员在小冰穹C点（LittleDomeC）的营地里切入一个新钻的岩心。
　　也不仅仅是澳大利亚和欧洲在争夺百万年的冰层核心。美国、中国、俄罗斯、韩国和日本的南极计划也在努力取回古代冰层。
　　中国南极站
　　中国以实力入局
　　特别是中国，中国是一个实力超群的超级玩家。中国的计划是在该国偏远的昆仑站进行的，靠近一个被称为穹顶A点（DomeA）的区域，其中包括南极洲的最高点。中国同行的钻探小组的行动每年都在地下进行，早在2013年就开始取芯。然而，最近的数据表明，该地点最古老的冰层只能追溯到80万年前，而且冰层取芯团队经历了几次挫折，包括钻头和电缆的问题。现在预计将在2026年到达穹顶A点（DomeA）的冰层底部。
　　在南极钻冰也不像在墙上钻孔挂画。正如中国的工程师发现的那样，这并不容易。EPICA团队在1999年经历了类似的钻探挫折。即使是佩德罗在劳冰穹（LawDome）进行的试钻也不是毫无瑕疵地进行，需要在澳大利亚凯西站车间进行一些修补。
　　因此，尽管成为第一个穿越150万年的人的荣耀无疑推动了所有国家的进步，但比赛本身并不是互相对抗，而是对抗一个不断试图阻止你的大陆。
　　200万年的冰芯？
　　大约3400万年前，随着地球上二氧化碳水平的急剧下降，南极洲成为一个冰冻的沙漠。这意味着在其巨大的白色冰层下潜藏着更加古老的历史。
　　2019年，研究人员在南极洲的艾伦山发现了200万年的冰，这是一个独特的区域，强风吹走了沉淀在表面的雪。这里的冰流也不一样，对着山脊暴露出古老的冰遗迹。
　　科学家们能够分析他们收集到的古冰中的二氧化碳和甲烷浓度，得出关于地球历史上那个时期南极温度的结论。这项研究真的很酷，但是这种不连续的冰芯不能像澳大利亚或BeyondEPICA的钻探项目中取回的冰芯那样准确地确定日期，而且气体的保存也不确定。
　　神秘美丽的南极洲给了你一块拼图，但是如果你真的想了解过程、因果关系和事物的演变方式，但如果你只是得到小块的拼图，那就更难了。
　　我们能用一个连续的核心追溯到多远？佩德罗说：简短的回答是我们不知道。理论上，更古老的冰可能存在于更接近冰原底部的地方，但有一些限制。在最低深度的冰被压缩和高度变薄，所以更难解决不同的层和时间段。下面可能有一整块拼图，但这些碎片已经被折叠在一起了。
　　Eclipse钻头在劳冰穹（LawDome）的钻孔中下降。很快，它将在小冰穹C点（LittleDomeC）处下降。
　　这使得澳大利亚和欧洲团队正在寻找的连续记录成为地球上最有价值的冰。在未来的几十年里，多代科学家将冒险进入地下，裂开古冰，溢出其气体，回到一个存在于时间冻结的世界。
　　正是这个世界将为科学家们提供知识，让他们了解我们的气候系统有多么脆弱，什么东西可能使它从一种状态转向另一种状态，以及在面对温度上升时，我们如何能够减轻气候变化的最坏影响。
　　当佩德罗最终注视着小冰穹C点（LittleDomeC）的已完成的钻孔，看到蓝色的光在其光滑的侧面反弹时，他将想到旅行者号航天器回头指向地球，并拍下其著名的照片。时间深处的微弱蓝光将回望着他，强调需要保护和珍惜我们这个苍白的蓝点。我们所知道的唯一的家园。
　　公众号：ScienceWorks智科院