南極、北極、第三極山地冰芯記錄的氣候環境變化

 冰芯中人類活動信息記錄對環境政策制定的推動作用

從農業時代開始，人類從事冶煉、種植等活動時的產物，以及工業化以來在化石燃料消耗、冶金生產、各種化學化工生產、核試驗等活動后的產物，通過大氣環流傳輸后，其中一部分會沉降到冰川表面，并在冰芯中記錄在案。通過對冰芯中人類活動各種產物含量與其自然環境背景含量的對比分析，可評估人類活動對環境的影響程度，從而使冰芯研究成果服務于相關環境政策的制定。

冰芯中鉛含量記錄推動含鉛汽油禁用政策的實施

工業污染物往往會對人體健康造成很大的危害。因此，各國政府和國際社會關于污染物對環境及人體健康的影響極為關注，并積極制定相關政策以防止污染。例如，鉛（Pb）是一種對人體危害極大的有毒重金屬，鉛及其化合物進入人體后將對神經、造血、消化、腎臟、心血管和內分泌等多個系統造成危害。20?世紀?60?年代，對格陵蘭世紀營地冰芯中鉛含量記錄的研究，發現自?1750?年人類工業化開始，冰芯中鉛含量逐漸增加；而從?20?世紀?30?年代歐美經濟復蘇及汽車產業的大發展以來，冰芯中鉛含量增加十分迅猛；到?20?世紀?60?年代大約增加到?7?000?年前冰芯中的?200?倍。正是這個發現促使歐美國家從?1970?年開始限制含鉛汽油的使用。在這一政策的直接影響下，20?世紀?70—90?年代格陵蘭冰芯記錄中的鉛含量迅速降低（圖?1）。

冰芯中溫室氣體含量記錄推動溫室氣體減排政策的制定

現代氣候變暖主要是由于大氣溫室氣體含量增加引起的。全球變暖會帶來冰川融化與海平面上升、極端天氣事件頻發、自然災害加劇、土地荒漠化、水資源安全與生態安全等一系列關系國計民生的重大問題，因此各國政府與國際組織極為關注全球變暖問題。冰芯記錄表明，大氣中?CO₂?含量在過去幾十萬年的時間里從未超過?300?μL/L，而且在冰期-間冰期時間尺度上其變化振幅為?80—120?μL/L；1750?年，地球大氣中?CO₂?含量約為?280?μL/L（圖?2），維持在間冰期的自然含量水平之內。然而，隨著人類工業化進程的加快和化石燃料的大量消耗，使得地球大氣?CO₂?含量在?20?世紀初就超過了?300?μL/L；到?2006?年時觀測到的地球大氣?CO₂?含量已超過?380?μL/L；2016?年已上升到?400?μL/L?以上。目前，地球大氣中?CO₂?含量已遠遠超出了間冰期時大氣中?CO₂?自然含量的上限，而且在工業化以來地球大氣中?CO₂?含量的上升幅度已經達到甚至超過了地球大氣?CO₂?含量在?10?萬年周期上的自然變化幅度。除?CO₂?外，冰芯記錄的?N₂O?和?CH₄?含量自?1850?年以來也迅速上升。人類活動排放引起的大氣溫室氣體含量的快速增加，已引起了全球科學家及各國政府的廣泛關注，催生了溫室氣體減排方案的制定。鑒于目前大氣溫室氣體含量仍處于“高速”上升狀態，減少溫室氣體排放、應對全球變暖刻不容緩。

冰芯科學的產生與發展源于學科交叉與分析技術的提高。認識冰芯科學研究與其他學科研究之間的交叉點，是冰芯科學發展的突破口。提出影響人類健康與發展的重大環境問題的冰芯解決方案，是冰芯科學研究服務人類社會的價值所在。建立冰芯中痕量、超痕量物質連續的、高分辨率的分析方法與技術，是提取我們目前還沒有認識到的、更多的地球氣候環境變化甚至宇宙環境變化信息與過程的關鍵。發展冰芯精確的測年方法與技術，是我們準確理解氣候環境變化過程、機制與原因的重要支撐。這些是冰芯科學發展的必由之路，也是冰芯科學研究為提高氣候環境變化預測能力和促進人地關系協調發展服務的科學基礎。

冰芯是地球氣候環境變化的天然檔案庫。然而，隨著全球氣候的進一步變暖，山地冰川會逐漸消亡，極地冰蓋的消融也將呈增加趨勢。這意味著冰芯這一天然檔案庫存在“融化消失”的極大風險。為了更好地認識我們所居住的地球環境的變化，拯救冰芯是當務之急，而這一點西方國家走在了前面。早在?1993?年，美國在科羅拉多州首府丹佛建立了美國國家冰芯實驗室（National Ice Core Laboratory）；2018?年，該實驗室更名為美國國家科學基金會冰芯機構（National Science Foundation Ice Core Facility）。該機構是對取自全世界不同地區的冰芯進行保存與管理，鼓勵不同學科的科學家利用該機構的冰芯樣品開展科學研究。2015?年，歐洲科學家發起了“冰存儲計劃”（Ice Memory），其目的是建立一個國際冰芯儲存庫，將取自全球關鍵山地、亞極地和極地冰川的冰芯儲存在溫度極低的南極地區，為未來的科學家提供高質量的冰芯樣品以從事相關科學研究。

以青藏高原為主體的第三極是中低緯度冰川發育最多的地區，加強南北兩極研究是我國現在和未來發展的需要。在全球變暖加劇、冰川加速消亡的今天，應盡快拯救冰芯資源，建立我國的冰芯檔案儲藏庫，為國家發展及后世科學研究服務。（作者：姚檀棟，中國科學院院士，中國科學院青藏高原研究所所長；秦大河，中國科學院院士，發展中國家科學院院士，中國科學院西北生態環境資源研究院冰凍圈科學國家重點實驗室；王寧練，中國科學院青藏高原地球科學卓越創新中心、西北大學  城市與環境學院、陜西省地表系統與環境承載力重點實驗室；劉勇勤^、徐柏青，中國科學院青藏高原研究所 、中國科學院青藏高原地球科學卓越創新中心 。《中國科學院院刊》供稿）