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南极冰下淡水湖的奥秘(2)
http://www.100md.com 2012年4月1日 《百科知识》 2012年第7期
     例如,在南极冰雪中和冰下淡水湖中可能存在的主要是菌类微生物,而且处于休眠状态,但可能仍具有生物活性或本来就存活着。研究这些细菌的种类和群落结构的多样性,可能获得生命起源的多样性,并揭示不同地质条件下地球生物的演化规律。同时对其生存机理和特殊功能基因等的研究,还具有一定的应用和开发潜力,比如,可以指导人类在极端严寒环境下如何生存和抗冻。

    帮助认识气候变化和其他问题

    南极冰下东方湖的发现同样有助于探索和认清今天的气候成因以及气候变化的历史规律。无论是地球本身的自然因素引起的气候变化,还是工业化以来人类活动为主要原因导致的气候变化,都可以从南极、北极和其他冰川中的冰芯中获得真实的信息和线索。

    现在,全球变暖以及全球变暖主要是人类活动造成的已成为主流科学界的共识,但是,也有科学家表示反对,认为证据不足。要解决这种争论并获得气候变化的真相,需要从极地的冰芯中寻找答案,这也成为科学界的共识。因为,尽管记录历史,包括自然界的种种变化有文献记录、树木年轮、湖泊沉积、珊瑚沉积、黄土、深海岩芯、孢粉、古土壤和沉积岩等材料,但相比而言,还是冰芯所记录的信息真实可靠。因为冰芯处于低温环境,有保真性好、分辨率高、记录的时间长(数十万和上百万年)和信息量大的特点。
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    冰芯中各种物质的含量和比值等都忠实地记载了地球系统变化过程的信息,包括气候变化的信息。例如,冰芯中氢、氧同位素比率是度量气温高低的指标;冰芯中氢、氧同位素净积累速率可以揭示历史上降水量的大小;冰芯气泡中的气体成分和含量能指出大气成分的演化历史;冰芯中一些物质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分析结果,可以提供不同时期大气气溶胶、沙漠演化、植被演替、生物活动、大气环流强度、火山活动等的信息。当然,冰芯也记录了人类活动对气候环境影响的各种信息。

    对俄罗斯的东方站冰盖下提取的冰芯气泡的分析获得了过去42万年以来的大气中温室气体含量的变化。在过去的42万年以来,大气中温室气体二氧化碳的含量基本在180~280微克波动,甲烷含量在350~800ppb(十亿分之一)波动。而工业革命以来,大气中二氧化碳和甲烷含量迅速增加,目前分别达到近385微克和1800ppb,是83万年以来的最大值。这提示,从工业革命后200年来人类活动对全球气温的升高有重要影响。
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    但是,仅仅从冰芯中获得温室气体含量在200年中突然增加的数值并不能完全说明问题,因为,还必须了解在更长时间内冰芯中温室气体含量的变化规律才有助于人类找到应对气候变化的措施。现在,对南极冰芯的研究也得出了这方面的结论。例如,欧洲南极冰芯计划(EPICA)的冰穹 C冰芯记录揭示了8个冰期-间冰期气候旋回,证实在冰期-间冰期气候旋回内,大气温室气体浓度与气温之间存在稳定的正相关关系。而通过俄罗斯的东方站冰盖中提取的冰芯发现了4个完整的冰期-间冰期气候循环。该地区冰期-间冰期的气温变化幅度达12摄氏度左右,并表现出明显的地球轨道效应,即具有明显的10万年、4万年和2.3~1.9万年的周期。这就从更长远的历史范围内得出大气温室气体增多与地球温度升高有相关关系的结论。

    现在,已经有俄罗斯、日本、英国、澳大利亚、中国、阿根廷等10多个国家,在南极冰盖上钻出了180多个不同深度的孔,取得了一系列冰芯样品。南极冰盖平均厚度为2400米。中国的昆仑站位于南极内陆冰盖最高点冰穹A地区,海拔4087米,冰厚3000多米,是国际公认的南极冰盖理想的深冰芯钻取地点。现在,俄罗斯研究人员在冰盖之下3769米深处触及到了东方湖,就不仅可以通过冰芯来获得更多的材料,而且可以直达冰下淡水湖中获得更多物质,包括有机物、无机物和原始生命,由此可以对生命、气候变化以及物质材料等进行更深入的研究。

    现在,寻找120万年以上古老冰芯是当前南极科学研究的热点领域之一。目前钻取到的最古老深冰芯记录着距今80万年前的气候信息,可推测地球气候系统存在10万年周期的冰期旋回。从海洋沉积物的分析表明,全球气候的主导周期在中更新世时由4.1万年转变为10万年。不过,这需要从冰芯中找到证据,才能确认,所以需要科学家寻找到更多的冰芯。无论是俄罗斯钻透3769米冰盖并触及到下面的淡水湖,还是其他国家钻取南极冰盖的探索,都有可能找到新的材料和证据,以证明全球变暖的周期性规律,以及弄清大气中的温室气体是如何产生的。

    【责任编辑】张田勘, http://www.100md.com(李月)
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