南极洲冰库储存正在消失的气候数据

科学
Antarctica’s Ice Vault Stores Vanishing Climate Data
位于康宏站(Concordia Station)的一座全新冷藏保护库于本周接收了首批冰川冰芯,旨在保护因冰川快速消融而面临威胁的气候记录。该设施旨在将世界各地高山冰川的副本保持冷冻状态,供未来科学家研究使用。

本周,一些感觉有点像时空旅行的东西抵达了南极高原:新钻取的冰川柱将被送往一个特制的地下库。该库的目标简单而迫切——在世界变暖之际,保护地球的气候记忆安全。这座“冰川记忆避难所”(Ice Memory Sanctuary)凿建在 Concordia Station 的冰冻地层中,现已接收了第一批来自阿尔卑斯山的芯。科学家表示,此举是为了对冲不可逆转损失的风险:冰川正在融化,随之消失的是关于过去气候的分层档案。

Concordia Station 的冰冻档案库

Concordia Station 坐落在南极高极地高原上,那里年平均气温接近 -50 °C,且几乎没有人类活动足迹,共同构成了地球上最稳定的寒冷环境之一。该避难所并非巨大的洞穴:存储空间高约 5 米,宽约 5 米,长约 35 米,挖掘在地下约 5 米深处。但由于其地处偏远且环境极度寒冷,冰芯一旦运达并放置在冷藏架上,便可以以极低的活性能源消耗保持数个世纪的冰冻状态。这种稳定性——以及《南极条约体系》提供的保护——正是 Concordia Station 成为全球备份库的吸引力所在。

作为气候档案的冰芯

冰川不仅是储水库和景观特征,它们还是分层的记录保存者。每年的降雪会压缩并捕捉空气、尘埃、火山灰以及反映过去大气成分和温度的化学特征。通过分析长冰芯中的氧和氢同位素、被困的温室气体、微粒以及污染物标记,科学家可以重建几个世纪甚至数十万年前的温度、降水和大气化学成分。

这些记录对于校准气候模型、测试有关过去快速气候事件的假设以及了解区域水资源至关重要。根据世界气象组织(World Meteorological Organization)最近的报告,地球每年损失约 2730 亿吨冰川冰——这一速度将在几十年内抹去许多山地记录。在过去的半个世纪里,已经约有 9 万亿吨冰川冰消失。冰川记忆避难所的设计初衷,正是为了让这些档案的寿命超过其来源冰川的寿命。

避难所的设计与物流

技术挑战看似简单:保持冰块寒冷且不受污染。冰芯通常在山地考察现场钻取,然后分成两半,一半立即在当地实验室进行分析,另一半作为“孪生样本”送往长期档案库。对于冰川记忆项目(Ice Memory project),孪生样本通过严格的冷链运往 Concordia Station。南极库本身是一个半埋式的隔热舱,极低的环境温度承担了大部分冷冻工作。这减少了对在危机中可能失效的电力制冷系统的依赖。

国际治理与地缘政治

选择南极洲作为存储地既是出于现实考虑,也是政治选择。《南极条约》规定该大陆用于和平科学合作,并限制资源开发,这为避难所提供了一层国际法律保护。尽管如此,政治和伦理问题依然不容小觑。冰芯本身来自主权领土或当地居民依赖冰川获取水源、文化和生计的地区。关于哪些冰芯可以出口、谁有权访问它们以及副本保存多长时间的决策,引发了科学主权和利益共享的问题。

项目组织者强调,该避难所旨在作为现有国家档案的补充,而非替代。其核心理念很简单:保留一份副本,以便在原始样本丢失或退化时使用。但实际安排——与来源国的协议、钻探和运输许可以及长期资金承诺——将决定该避难所是否能真正发挥全球气候记忆公地的作用。

科学用途与未来访问

储存的冰芯并非是被密封并遗忘的时间胶囊,它们是研究资本。未来的分析技术——有些尚未发明——可能会提取目前无法获取的信息:更精确的同位素分馏记录、微粒指纹、古代微生物 DNA 或改进的温室气体测量。拥有安全的副本意味着未来的研究人员可以利用新工具和新问题重新审视完全相同的冰层段。

研究人员还指出,冰芯可以校准其他独立记录——如树木年轮、湖泊沉积物、珊瑚层——因此,保存冰芯有助于构建更完整的区域气候历史图景。世界气象组织将“冰川记忆”等倡议描述为通过将记录扩展到仪器观测时代之前,来加强全球观测系统;这种扩展非常重要,因为模型和政策都依赖于长期的、有明确年代基准的数据。

紧迫性与未决问题

物流与冰川融化之间正在进行一场激烈的赛跑。钻探考察复杂且昂贵,需要直升机或陆路运输、专家团队和安全的运输。对于许多小型或难以到达的冰川,钻取冰芯的决定需要确定优先次序:哪些地点能最有效地扩展记录,哪些地点风险最大,以及如何在科学价值与尊重当地利益相关者之间取得平衡。避难所解决了问题的一个方面——长期储存——但它并没有减轻在冰川仍保留季节性分层时进行钻探的迫切需求。

其他未解决的实际问题包括跨越几个世纪的管理责任:谁负责维护,如果未来的大国不愿继续南极科学合作,谁来买单,以及如何保证样本对广泛的国际科学界保持开放。这些问题与其说是技术性的,不如说是社会政治性的,如果要实现避难所的承诺,这些问题都需要答案。

Sources

  • World Meteorological Organization (State of Global Climate 2024)
  • Ice Memory Foundation and Prince Albert II Foundation press materials
  • Concordia Station (French‑Italian Antarctic research facility) and Institute of Low Temperature Science, Hokkaido University
Mattias Risberg

Mattias Risberg

Cologne-based science & technology reporter tracking semiconductors, space policy and data-driven investigations.

University of Cologne (Universität zu Köln) • Cologne, Germany

Readers

Readers Questions Answered

Q 什么是“冰芯记忆”圣地(Ice Memory Sanctuary),它的使命是什么?
A “冰芯记忆”圣地是一个在南极高极高原康宏站(Concordia Station)冻土中开凿出的冷藏库。其使命是储存来自世界各地冰芯的副本,保存气候记录以应对冰川流失的风险,并利用极端的低温实现低能耗运行。
Q 运往该圣地的第一批货物是什么,为什么它具有重要意义?
A 它接收了第一批来自欧洲阿尔卑斯山的冰芯。科学家表示,由于冰川融化导致其分层气候档案面临风险,此举是为了防止不可逆转的损失,确保在康宏站通过严格的冷链建立稳定、长期的档案。
Q 该圣地是如何设计以保存冰芯并维持其科学价值的?
A 这座南极地下金库是一个部分埋入地下、带有绝缘层的密闭室,高5米,宽5米,长35米,挖掘深度约为地表以下5米。极端的环境低温降低了对电力制冷的依赖;通过严格的搬运、对来源和深度的仔细标注以及文档记录来保存地层背景,以便未来的研究人员能够重新分析样本段。
Q 预计哪些地区将向该圣地提供冰芯?
A 团队预计将收到来自安第斯山脉、高加索地区、斯瓦尔巴群岛、帕米尔高原等地的冰芯。一些考察队——尤其是近期在帕米尔 Kon-Chukurbashi 冰帽开展的工作——已经对冰芯进行了切割,这样一份样本留在诸如北海道大学低温科学研究所等机构,而其“孪生”样本则运往康宏站。
Q 该圣地面临哪些治理和伦理方面的考量?
A 该圣地在《南极条约》框架下运作,该条约支持和平的科学合作并限制资源开发,从而提供法律保护。然而,关于哪些冰芯被出口、谁可以访问它们以及副本保存多长时间等问题仍存在争议。组织者将该圣地视为国家档案馆的补充,通过资金支持和协议签署来确立其全球地位。

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