冰川记忆:一份完整又高清的地球档案

作者: 张强弓

来源: SELF格致论道讲坛

发布日期: 2019-04-13

张强弓在SELF格致论道讲坛上分享了他的冰川记忆研究,探讨了冰川如何记录气候变化和人类活动,以及全球变暖如何影响这些记录。他还提出了冰川和冰川湖之间信息转移的新研究方向。

这是一份完整又高清的地球档案,但它正被人类逐渐销毁。冰川是有记忆的,它将气候变化和人类活动完整地冰封起来,形成了一份完整又高清的档案。在SELF格致论道讲坛上,中国科学院青藏高原研究所张强弓为我们讲述他的冰川记忆。

今天我讲的故事叫“冰川记忆”。所谓“冰川记忆”有两个层面的意思。第一,冰川本身有记忆;第二,我想分享过去几年我做冰川研究的故事。我相信随着物质生活水平的提高,大家是有机会接触到冰川的。比如,图片中的云南玉龙雪山,我们可以坐着缆车一直从山下上到4000多米高的冰川上,可以在冰川上行走甚至抚触冰山。

如果去瑞士,我们可以乘坐小火车,它会一直把大家带到冰川的表面。这是瑞士著名的少女峰,这是我们拍的阿莱奇冰川,这条冰川非常长,像河流一样在流淌。对于我们做科研的人来说,会有更多机会接触到一些不常见的冰川,比如这条位于西藏东南部,名叫帕隆藏布4号的冰川。大家可以看到,这条冰川像一条瀑布一样流淌下来,非常圣洁,非常壮美,如果你来到这儿,一定会拿起相机拍个不停。

这是一条在甘肃青藏高原东北部的冰川,叫老虎沟12号,名字是冰川编目中给出的。它还有一个非常梦幻的名字——透明梦柯冰川,它的长度有10.1千米。或许大家觉得10.1千米已经很长了,但是在山地冰川界里,它只是一个小字辈。世界上最长的山地冰川在帕米尔高原,是一条叫费德钦科的冰川,它的长度超过70千米,那可真是一条长冰川。

冰川有记忆吗?讲到这儿,大家可能会问,冰川是否有记忆呢?如果它有记忆,我们又该如何找到这些记忆呢?冰川实际是降水经过多年累积形成的,所以会有非常明显的层理,一层白一层灰,这就是冰川每一年年层的累积。

通过挖掘雪坑,我们可以看到冰川季节性的变化。我们还可以通过钻取冰芯来观察到冰川每年的变化。冰芯里到底有什么东西呢?我们怎么来看“冰川的记忆”呢?事实上有很多指标。比如,我们可以把冰融成水,测试里面的氢氧同位素比率,因为氢氧同位素的高低代表气温的波动。

我们看一下这个小冰块,它里面有非常致密的小气泡,这些气泡就是下雪的当年被压实在里面的,它们携带了远古时代大气成分的信息。南极有世界上最大的冰盖,冰盖厚度超过3000米,科学家通过在南极钻探冰芯,然后将3000米长的冰芯从上到下排列,就可以看到80万年以来气温和大气成分的变化。

所以说,冰川记录了很多(气温)年代变化的信息。冰川有记忆吗?02如果说冰芯是一本没有页码的书,那么我们就可以找到标志性的层位,从而把它的年龄序列建立好。所以,冰芯所反映出的核试验峰值和火山爆发峰值非常重要,它会协助我们对这支冰芯进行完整地定年,然后再恢复其他的指标。

事实上,中国青藏高原和它周边的一些山体是非常大的冰川储库,占据了中低纬度冰川2/3以上的数量和面积。这是我国第二次冰川编目时做出的统计数据,我们有48000多条冰川,面积超过5万平方千米,它给我们做冰川研究提供了非常好的材料。

2004年我作为首批学生进入刚刚成立的中国科学院青藏高原研究所进行学习。这之前,我的导师康世昌研究员一直在从事冰芯的研究。这张照片记录了2003年他率队在西藏中南部的念青唐古拉山钻取冰芯的情景。照片上高高的像屋檐一样的就是念青唐古拉山的主峰,它有7000多米高,打钻的位置看上去非常平坦,但高度也有5800米左右。

我们在冰川末端大概海拔5100米的地方搭建了营地——三顶鲜艳的小帐篷。背上一些食物和设备,我们就向冰川进发了。大家可能感觉冰川末端看起来很小,但当我们走近后,才发现上面有很多巨大的冰块。

我们找到了一条比较好走的路,可以直达冰川表面。一路上我们一直拖着设备,到了5600多米高的位置后,终于找到了一个适合打钻的平坦区域。可能有观众会问,5100米高的地方就有冰,为什么不在那打钻,非要去那么高的地方打钻?这是因为冰川的下部是消融区,它每年积累的雪会小于消融的雪,而冰川上部气温很低,每年会积累很多雪,因而叫作积累区,我们只有在积累区打下冰钻,才能获得完整的记录。

我们在格拉丹东峰工作了一个多星期,取出了一支147米长的冰芯。在牦牛的帮助下,我们把冰芯运回到底部的营地,最后成功运回到实验室。我们把147米长的冰芯锯成了3000多个小块,再将外层的一些污染物质刮掉。

冰川有记忆03我们来看看过去这些年到底发生了什么事情吧。联合国气候变化专门委员会每五年会组织一次评估。这是2013年发表的一份评估报告。报告显示,从1980年开始,全球的气温持续升高,并且升高速度非常快。

事实上,2018年11月中国科学院西北院联合绿色和平组织发布了一个报告,说明了中国冰川过去这些年发生的情况。报告显示,黄河源头的阿尼玛卿哈龙冰川在最近十年退缩了500多米,退缩速度非常快。而且基于我的研究,我想提醒大家,冰川不仅仅在退缩,而且它的表面积在缩小,厚度也在减薄。

造成全球变暖的原因是什么?气候学家和科学家给出了结论,是人类活动。大家看这张模拟图,当我们把全部自然因子算上后,模拟出的结果无法复制所观测到的值,但当我们把人为因素加入到计算模型后,结果就跟我们的实测值相符了。

原来,是人类活动把冰川这些年的记忆给抹除了。以前冰川记录了很长时间的人类历史活动,但最近几十年强烈的人类活动造成了全球气候变暖,所以冰川的记忆才被部分抹除了。

冰芯研究何去何从04于我而言,今后冰芯的研究将何去何从?科学家预测,未来还有更多的小冰川会消失。对此,我一度陷入崩溃边缘,一个研究者的研究对象都不在了,他还继续工作什么呢?于是我开始查找,冰川消退后,我们该如何研究。

这是一个很有意思的发现,正所谓“不识庐山真面目,只缘身在此山中”,可能长时间做冰川研究,所以我的关注点一直只在冰川上,而没有关注到整个生态系统。我顿时感到很兴奋,我又有了新的研究方向,即便全球气候变暖,我的研究还是可持续的。

最近几年,我和课题组的同事一直从事冰川和冰川湖联系的研究,以及冰川的退缩给人类带来的其他一些影响。每次我飞临青藏高原和其他地区的时候,再次俯瞰这片冰川,我才真正体会到,冰川是流动的,记忆是流动的,冰川记忆消融的时候,也是科学思想开始流动的时候。谢谢大家!

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