姚檀棟 王寧練

　　冰川的生長髮育與氣候條件的密切相關。因此，長期以來冰川沉船、冰川雪線和冰川末端變化等一直是冰川學家用以揭示氣候環境演化的主要證據。比如冰磧地層的地質證據表明，在地質歷史時期地球曾出現過幾次大的冰期；挪威雪線一萬多年來的變化，恢復了同期這一地區的氣候變化歷史等等。但這些研究只能給出基本的大的事件特徵，並不能給出具有相當分辨率的事件過程特徵。隨著冰芯這門冰川學分支學科的産生和發展，人們已充分地認識到冰川不僅是地球氣候變化的敏感指示器，而且也是過去地球氣候環境變化的良好記錄器。

　　任何一門學科的發展都會對其相鄰學科的發展進程産生強烈的誘導和積極的促進作用。本世紀50年代，隨著同位素地球化學研究的進展和鑽探技術的發展，在冰川學中産生了冰芯這門富有生命力的分支學科。雖然在上世紀中葉人類已開始利用機械鑽在瑞士冰川上提取冰芯，但其目的僅僅只是為了測量冰川的厚度。本世紀50年代初期，西方國家在極地地區實施了一系列的冰芯鑽取計劃，然而其研究內容也莫過於冰雪層位特徵、晶粒尺寸、密度、晶體方位和氣泡等物理參數。幾乎在這些極地冰芯鑽取計劃開展的同時，愛潑斯坦（S.Epstein）和當塞嘉德（W.Dansgaard）等研究了自然界各種水體中穩定氧同位素比率的變化，並建立了氧同位素比率與大氣過程的關係。他們認為，影響降水中氧同位素比率大小的主要因素是降水時的氣溫，水汽來源和降水雲係的發展歷史，並在50年代中期首次將氧同位素比率引入到冰川學研究的領域。研究表明：（1）冬季低氣溫可以通過降水中較小的氧同位素比率值（很大的負值）來反映，而夏季高氣溫與降水中較大的氧同位素比率值（較小的負值）相對應；（2）在一個確定的地點，氣溫的季節變化引起降水中氧同位素比率同樣的季節變化；（3）降水中氧同位素比率的季節變化幅度是實驗測量誤差的100-200倍。這些結果表明冰芯中氧同位素比率變化是恢復過去氣候環境變化的一種可靠手段，從而確立了氧同位素比率在冰芯研究中的地位。從此揭開冰芯研究的新篇章。隨著各種高機關報技術手段在冰芯研究中的作用，人們已從冰芯中提取出了越來越多的古氣候環境信息。

　　與歷史記錄、樹木年輪、湖泊沉積、珊瑚沉積、黃土、深海岩芯、孢粉、古土壤和沉積岩等可提取過去氣候環境變化信息的介質相比，冰芯以其保真性好（低溫環境）、分辨率高（可達到年）、記錄序列長（可達幾十萬年）和信息量大，而受到地球科學家的青睞。

　　所有在大氣中循環的物質都會隨大氣環流而抵達冰川上空，並沉降在冰雪表面，最終形成冰芯記錄，冰芯分析的每一個參數都至少載有一個地球系統變化過程的信息。冰芯中的氫、氧同位素比率是度量氣溫高低的指標；凈積累速率是降水量大小的指標；冰芯氣泡中的氣體成分和含量可以揭示大氣成分的演化歷史；宇宙成因的同位素可以提供宇宙射線強度變化、太陽活動和地磁場強度變化的證據；冰芯中微粒含量和各種化學物質成分的分析結果，可以提供不同時期大氣氣溶膠、沙漠演化、植被演替、生物活動、大氣環流強度、火山活動等信息；同時，冰芯也記錄了人類活動對氣候環境影響的各種信息，等等。

　　發達國家的冰芯研究自50年代末以來一直主要集中在南、北兩極地區，並取得了一系列重大成果，如恢復了過去20多萬年以來的氣候環境變化信息，已判別出人類工業化以來大氣中溫室氣體含量的急劇增加等等。目前，南極、北極地區冰芯研究仍呈方興未艾之勢。

　　青藏高原地區能夠提取和揭示過去氣候環境變化的介質和資料是十分有限的，主要有氣象資料、樹木年輪、湖泊岩芯和冰芯，其特點分別是：（1）高原氣象資料序列短，大多數氣象臺站是建國後建立後的，資料序列僅有幾十年的時間；（2）高原森林分佈有限而集中。青藏高原平均海拔在4000米以上，除高原邊緣河谷地帶有樹木生長之外，廣大的高原面位於樹木線之上，這大大限制了利用樹木年輪揭示古氣候環境變化的地域範圍；（3）高原湖泊岩芯記錄雖然時間尺度大，但其分辨率低（100年），難以揭示短時間尺度氣候環境的突變信息，而氣候環境突變乃是氣候環境預測結果不確定性的關鍵因素之一；（4）高原冰川分佈廣泛。青藏高原高聳的地勢，為現代冰川的發育提供了條件，使該地區成為目前世界上主要的山地冰川作用地區之一。高原上廣泛分佈的大陸性冰川為冰芯研究提供了場所；（5）冰芯記錄時間尺度長（可達幾十萬年）、分辨率高、信息量大。因此，青藏高原冰芯是研究這一地區過去氣候環境變化的一個不可多得的重要手段，其研究結果無疑會使人們對於青藏高原這一獨特地質地理單元的氣候環境演化有一個全新的認識。

　　古裏雅冰芯記錄還表明，不論在冰期，還是在間冰期，高原地區氣候都存在強烈的振蕩，並且存在不同時間尺度的氣候突變。如在末次冰期向全新世的轉換時期世界一些地區出現了一次突發的強烈降溫事件（Younger Dryas Event），這次事件也清楚地記錄在該冰芯中，表明這一事件的確具有全球性。

（2）建立了敦德冰芯全新世氣候記錄

　　根據近一萬年來敦德冰芯中氧同位素比率的變化，將全新世劃分為早、中、晚三個階段，距今10000年到距今8500年前為早全新世，這一時期氣溫波動上升。但在距今9000年到8900年前和距今8800年到8700年前，氣溫出現兩次急劇下降，其中距今8700年前的低溫是整個全新世中出現的極冷事件，這在中國和亞洲中部是首次發現。距今8500年到距今2900年前的中全新世是全新世的大暖期，其中距今7200年到距今6100年前是這一大暖期的鼎盛期，雖説是大暖期，這並不意味著這一時期氣溫持續高溫，實際上這一時期的氣溫也是波動的，並且存在一些次一級的低溫事件，如在距今7800年、7300年、5900年和5400年前出現的低溫事件等。距今2900年前以來是晚全新世，這一時期氣溫波動下降，大約在距今1000年前氣溫下降到最低點。對於這一冰芯的研究還發現，在整個全新世時期存在兩次明顯的強高溫事件，它們分別發生在距今8500年到8400年前和距今3000年到2900年前。

（3）建立了古裏雅冰芯過去2000年以來高分辨率的氣候環境記錄

　　對於未來近期內環境變化的預測，必須了解目前氣候環境狀況處於歷史時期氣候環境變化總背景下的什麼位置。因而揭示過去（尤其是2000年以來）高分辨率氣候環境變化是極為重要的。古裏雅冰帽冰芯過去2000年以來高分辨率的氣候環境記錄，給人們展示了這一時期冰帽所在地區的氣候環境變化的細節。記錄表明，塵埃含量指標呈現減小趨勢，可見這一地區的大氣環境處於逐漸改善的過程；公元初是一個氣溫降低降水減少的時期，自此以來氣溫和降水都在波動中趨於升高和增大的總趨勢；儘管這一時期氣溫和降水呈現正相關，並且氣溫和降水變化均呈現出一些明顯而基本相同的週期，並與太陽活動的週期密切相關，即200年的雙世紀週期和11年週期等，但氣溫和降水的變化趨勢並不完全同步，降水變化滯後於氣溫變化，滯後期大致為50-100年；在這一高分辨率記錄時期內，曾出現8次暖期和7次冷期，總體而言暖期的平均持續時間較冷期長，7次冷期中有4次是重要的寒冷事件，這4次重要的寒冷事件均發生在公元11世紀以來的時期，而且3次出現在小冰期期間；小冰期並不是過去2000年以來最冷的時期，而只是距離現在最近的冷期。最冷時期出現在公元11-12世紀。

（4）建立了小冰期以來的氣候環境記錄

　　不論是在古裏雅冰芯中，還是在敦德冰芯中，小冰期以來都存在3次冷、暖期的交替循環。兩冰芯中3次冷、暖期的發生時間和持續期略有差異。在前一冰芯中3次冷期分別出現在公元1451年-1500年、1601年-1690年和1791年-1880年，而在後一冰芯中分別出現在公元1420年-1520年、1570年-1680年和1770年-1890年。這表明小冰期雖是一次全球性事件，但它發生的時間和程度在不同地區有差異性。冰芯記錄與我國東部氣候變化相對比，發現了一個有趣的現象；小冰期以來敦德冰芯中記錄的氣溫變化要早于上海氣溫變化約10-20年的時間。如果這種現象不僅僅是一種統計規律，而且的確存在物理原因的話，那麼這一現象在未來氣候變化過程中也應存在，這對於氣候預報來説無疑是一個很大的貢獻。但是目前還不清楚這種現象是氣候變化階段性的表現，還是的確存在內在的物理原因。

（5）揭示了青藏高原近百年來的氣溫變化

　　青藏高原不同地區冰芯記錄均表明，近百年來的平均氣候狀況是高原地區近600年來最溫暖的時期，自上世紀末以來，高原地區氣溫一升處於波動上升。冰芯記錄還表明高原地區在本世紀初和60-70年代處於相對低溫時段；70年代末開始至今的升溫，是過去50多年來最強烈的一次。

（6）青藏高原冰芯微粒研究

　　冰芯微粒含量的大小直接反映了大氣塵埃含量的變化，而大氣塵埃含量的多寡直接與塵埃源區狀況的變化和大氣環流強度有關，因此，冰芯中的微粒含量是一個重要的環境指標。對於古裏雅和敦德冰芯中的微粒含量偏低。兩冰芯中微粒含量的長期記錄表明，目前在青藏高原面上，正經歷著氣候變暖、環境改善的過程，另外，古裏雅冰芯和格陵蘭冰芯中微粒含量長期變化過程的高度相關，揭示了環境變化具有空間耦合的特徵。這兩支相距遙遠的冰芯，其微粒含量變化趨勢一致性的關鍵原因，很可能是因為它們具有一個共同的主要源區——中亞沙漠和以青藏高原為主體的亞洲幹寒區。

　　科學的發展和技術的進步對冰芯研究起著推波助瀾的作用，隨著青藏高原冰芯研究程度的深入，相信一定會從中挖掘出更加豐富、令人耳目一新的氣候環境信息。