冰芯

冰芯是人類在冰蓋上鑽孔獲得的連續冰層。冰芯具有信息量大、高保真、高解析度等特點。從冰芯中，科學家可以提取物理、化學、生物信息，而這些信息可以真實再現成冰時的環境特徵。例如，冰芯中記錄的冰雪累計量，可以反映降水程度。冰芯中的塵埃含量、同位素、化學元素等，都可以反映當時的大氣環境。冰芯中雪粒的粒徑可以反映溫度的高低。冰芯的這些特性使之當之無愧地成為地球的“自然檔案”，並對全球環境變化的研究產生重大貢獻。

1997年，科學家在喜馬拉雅山鑽取了14m的冰芯一支，叫達索普冰芯。

在1991年的冰層中，SO42-濃度出現極高值。科學家預測，這是海灣戰爭引發的1991年春季科威特油井燃燒，煙塵在西風作用下帶到喜馬拉雅山地區。還是這個達索普冰芯，在1993-1995年的冰層中，塵埃來源粒子（Ca2+、Mg2+和SO42-）的濃度季節變化在春季出現高值，科學家認為，這反映了亞洲乾旱半乾旱區春季的沙塵暴天氣。

科學家在格陵蘭冰層鑽取的、一根長3030米的“冰芯”顯示：l986年蘇聯切爾諾貝利核電站發生泄露時，放射性塵埃飄過了太平洋，影響到靠近北冰洋的格陵蘭島。

中國科學家還利用氧同位素比率δ18O得出結論，青藏高原氣候變化有一定差異，特別是南北差異和東西差異十分明顯，並且反映出近100年來青藏高原在不斷變暖。

2005年，中國南極內陸科考隊到達南極冰蓋最高點的冰穹A地區，並發現在該地區冰厚超過3000米。經論證，2008年在這裡建立了中國第三個南極考察站——崑崙站。

2008年，科學家從封存在南極冰芯中的氣泡證實，在之前長達65萬年的時間內，地球大氣中三大溫室氣體：二氧化碳、甲烷和一氧化二氮的濃度，從未像最近幾百年這麼高，與人類活動有關。

截止2011年，在南極冰蓋鑽取到的最老的冰芯為歐洲科學家在冰穹C鑽取的包含80萬年氣候變化記錄的冰芯，以及日本科學家在冰穹F鑽取的包含72萬年氣候記錄的冰芯。科學家認為，南極冰蓋應該有超過100萬年的更古老的冰。

2011年11月，中國南極科考隊開始在南極冰蓋最高點冰厚超過3000米的冰穹A地區進行深冰芯鑽探工作，希望獲得100萬年以上的古老冰芯。主要是重建超過100萬年的氣候變化記錄，通過冰芯氣泡分析，研究溫室氣體在氣候變化中的作用。

鑽取深冰芯可以得到古氣候的記錄，也可獲得古大氣的樣品，可以分析古大氣中溫室氣體在氣候變化中的作用，研究溫室氣體增加、氣候變暖與人類活動的關係。

冰蓋的形成是雪經過堆積、壓實成冰的結果，又是數十萬年以上演變的結果。在這個過程中，微小的空氣氣泡封存於連續的冰層中。而這些氣泡就是當時大氣的樣品。提取深冰芯中的氣泡可以獲取當時的大氣成分記錄，研究溫室氣體與氣候變化的關係。

冰芯還可以記錄地球沙漠化、火山活動、大氣溫度變化、地震、海嘯、降水、地磁場變化、宇宙射線強度、太陽活動、生物地球化學循環等等。

氧同位素比率δ18O對冰芯研究有重要意義。從冰芯中獲得的主要記錄之一就是δ18O。δ18O的高低反映了成冰時的溫度狀況，這是因為氧存在三種同位素：16O、17O、18O、17O在自然界中含量極少，故忽略不計。大氣中的水汽從根本上來說是來自海洋，含18O的水分子不易蒸發，而16O容易蒸發。只有在溫度較高時，18O才能蒸發增多，蒸發的水分子遇冷凝結在冰層中。溫度越高，18O含量越高，δ18O值越大。根據這種關係，可以推斷成冰時的溫度狀況。

1、冰芯的研究證實Milankovich循環，為繼續深入研究氣候變化提供思路。

Milankovich理論即米氏理論，它是塞爾維亞天文學家盧廷-米蘭科維奇在20世紀40年代提出的關於氣候變化的經典理論，該理論認為，地球軌道偏心率、黃赤交角及歲差等三要素變化引起的到達北半球中高緯度夏季日射量變化是造成冰期-間冰期旋迴的根本原因。

對於格陵蘭冰芯的研究發現了氣溫、大氣化學、大氣環流以及陸地生物的N排放等的變化，亦存在軌道效應。末次間冰期以來青藏高原古里雅冰芯中的δ18O記錄，也表現出20ka和4Oka左右的明顯周期。

天文氣候學研究表明，地球中低緯度氣候變化主要受歲差效應的影響，而地軸傾斜效應對於氣候變化的影響主要表現在極區。天文理論的這一預測結果，得到了青藏高原古里雅冰芯記錄(顯著的2Oka左右周期)和南極Vostok冰芯記錄(其δ18O變化，偏心率的貢獻為37%，地軸傾斜的貢獻為23%，歲差貢獻僅為ll%)的有力支持。而格陵蘭冰芯記錄中強烈的歲差周期，很可能說明北半球高緯度大氣環流與季風環流之間存在強烈的耦合效應。青藏高原冰芯與格陵蘭冰芯記錄的氣候變化相對於軌道效應引起的太陽輻射變化的滯后時間(約5ka)，與亞洲季風23ka的周期變化滯後於歲差變化的時間(約5ka)之間的一致性很可能說明了這一點。

2、冰芯的研究也否定了Milankovich循環。

米氏理論的核心是強調了一個敏感區，即北半球高緯區。敏感區的氣候變冷后，其信號被進一步放大、傳輸、進而影響其它地區。根據深海洋氧同位素的記載，北半球大陸冰蓋在0.8MaB.P.前後（晚第四紀）冰蓋波動的主導周期以100ka為主。當檢驗米氏理論適用到何種程度時，即考察產生於北半球的氣候變化信號是否被大範圍的傳輸，並進而影響全球。如果北半球的氣候變化信號被大範圍的傳輸，那麼兩半球晚第四紀氣候變化周期應以100ka為主。然而，一些低緯地區並沒有明顯的100ka冰量周期，而是以20ka歲差周期為主，表明北半球冰蓋的擴張、收縮變化並沒有完全控制低緯區的氣候變化。此外，南極冰芯中的甲烷紀錄亦有強烈的20ka歲差周期。另外，把南極冰芯和格陵蘭冰芯的甲烷記錄進行對比發現，在第1冰消期時，氣溫增高北極要大大滯後於南極。從這個結果看，儘管北半球夏季太陽輻射在冰期旋迴中有重要作用，但是不能否定南半球夏季太陽輻射的局地驅動作用，更不能說明冰期旋迴的全球同時性。

3、冰芯的研究對地球氣候變化還有其他貢獻。

冰芯的研究使得學術界認識到溫室氣體和氣溶膠有可能成為軌道日射量的兩個“放大因子”。1983年，Shackleton等分析了極地冰芯中大氣CO2的40ka記錄，發現：在末次冰期的最冷時期(約20ka前)，大氣CO2體積濃度比工業革命前的典型濃度值低；大約16ka前，隨著大的冰原開始融化，CO2濃度開始快速增加，直到大約10ka前達到工業革命前的濃度水平后才停止增加。因此，如果地球軌道變化是地球氣候變化的最初起因，則大氣CO2濃度的變化必定有助於放大氣候對軌道變化的響應。

學術界已經認識到，CO2等溫室氣體可能在軌道尺度的地球氣候變化中扮演重要角色。南極和格陵蘭的冰芯記錄均表明，顯著的氣候變冷后，大氣氣溶膠濃度是增加的。Petit等1999年的研究表明，在冰期—間冰期旋迴期間，南極地區以鈉鹽為代表的海鹽氣溶膠濃度可以從間冰期的不足15ng/g變化到冰期的120ng/g，相差近1個數量級；而以沙塵為代表的大陸起源的氣溶膠則可從50ng/g上升到1000～2000ng/g，即增加20～40倍。由於大氣氣溶膠的氣候效應已經在科學界得到公認，所以在冰期—間冰期旋迴的研究中，必須把它作為一種強迫包括進去。學術界已經認識到，大氣氣溶膠濃度的變化是作為一種反饋機制出現在冰期—間冰期旋迴中的，它並不是產生旋迴的驅動機制。所有這些認識是與冰芯的研究分不開的。