超快速南极钻机助力气候记录研究
时间:2017-12-07

  超快速南极钻井助推气候记录研究 - 新闻 - 科学网

  冰芯可以让科学家分析过去的降水和温度变化。图片来源:Nick Cobbing / Shutterstock / REX

  钻冰帽是一项乏味的任务,因为取回长冰芯需要花费数年的时间。冰芯保持了数万年的连续气候记录。

  今天,探索地球的历史有一个更快的方法。气候研究人员渴望得到一个150万年前的冰盖,这几乎是现有最古老冰芯的两倍。为此,他们研制出新一代快速进入冰钻。其中,一些钻机在10月份开始的南极油田季节进行了首次大型试验。

  用这些快速的工具只需要一个星期而不用几年的时间就可以穿透几公里的冰层。他们闪电穿过冰盖的顶部,然后在古代冰冻层的下面。在那里,被困的小气泡作为环境的耗时的胶囊。

  最大和最雄心勃勃的机器之一是一个称为快速入门冰索(RAID)的项目。十一月,它将从犹他州盐湖城的建筑工地运往麦克默多南极站。去年十二月,英国南极考察队将在南极半岛蓝天站测试一个更小的钻机。它的名字,也被称为RAID,是同位素钻探的一个快速入口。

  但是,这些钻机为追求速度牺牲了细节。它们在行驶时凿或融化冰,因此不可能提取完整的冰芯。然而,这些快速演习将使研究人员能够迅速调查未来的实地考察可能返回的地点,使他们能够以更加平静的速度提取完整的冰芯。例如,一个价值一百零五万美元的美国RAID设备在一周内就能穿透3公里以上的冰层。这种速度使得它可以在南极周围游泳,在每个研究季节里都可以钻几个勘探点,而不是在几个检查季节钻一个洞。

  即便如此,找到地球上最古老的冰并不容易。我们正在寻找一系列非常偶然的环境,保存了一个极其古老的冰盖。据斯克里普斯海洋研究所古气候分会的Jeffrey Severinghaus说。理想情况下,科学家们会发现一个厚厚的冰层序列它们不受流动冰川的干扰,也不受下面岩石的加热。可能的位置包括一些高海拔的南极冰盖,如中国昆仑站附近的Dome A,或Dome C.五年来,欧洲的研究人员已经提取了一个到达800年冰层的冰芯。

  现在,研究人员想要进一步探索至少120万年的冰层。这将提供有关地球气候发生重大变化的数据,当时,地球上的冰期从十万年变为四万一千年。

  知道什么是控制这种转变和二氧化碳浓度上升的因素,加上地球自转的变化等因素,将有助于科学家们更好地理解冰盖如何表现为全球变暖,如果我们无法弄清楚,不能理解我们今天的气候,Severinghaus说。

  美国和英国的钻机以不同的方式探索了南极的过去。一旦美国的RAID到达冰盖的底部,就可以钻进50米深的岩石底部。分析这些岩石揭示了它最后一次暴露在宇宙射线下,这反过来揭示了覆盖它的南极冰盖的年代。 RAID的第一次完整实地考察定于2016-2017年进行。

  英国的RAID是一个温和的项目,成本低于50万英镑(77万美元),并使用改良的传统冰芯钻机。它只能穿透约600米深的冰盖,即达到3〜4万年的冰层。但是,与美国RAID不同,它不需要钻井液,液体的重量增加了移动钻机的成本。

  与美国机器尺寸相似的第三台钻机是法国Joseph大学开发的SUBGLACIOR探测器。 320万欧元(530万美元)的项目旨在融化,而不是切开通向冰盖的路,并测量冰雪化学同位素,以便计算冰的年龄。约瑟夫·傅立叶大学的极地工程师Olivier Alemany说,这台钻机可能穿透到几公里的深处,并将于2016年到2017年间在南极协和会议上进行全面测试。

  第四个项目,即RADIX,将在几天之内运行到3公里的深度,使用一个只有2厘米的狭窄孔径。瑞士伯尔尼大学的气候科学家团队负责人Jakob Schwander说,它已经通过了格陵兰岛的极限测试。

  没有人确切知道钻机在底部会遇到什么。他们可能穿透冰盖下的原始湖泊,微生物学家可以研究它们。或者他们可能会揭示从基岩向上辐射的热量,以科学家无法预料的方式融化冰层。 (宗华)

  中国科学通报(2015-11-02第3版国际)

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  自然报告(英文)