在法国阿尔卑斯山的高处，科学家们发现了一份可追溯到 12000 多年前的冰冻档案——这是西欧已知最古老的冰。这块古老的冰川核心蕴含着极其详尽的过去气候、气溶胶化学成分，甚至早期人类活动痕迹的记录。从冰河时代的沙尘暴和森林迁移，到农业和工业的兴起，这块冰层记录了一条宏大的环境时间线。
1999年探险队在勃朗峰山肩的Dome du Goûter采集冰芯。图片来源：LGGE/OSUG，Bruno Jourdain
这一发现不仅揭示了欧洲大气的历史，也为检验气候模型和理解人类文明如何重塑地球提供了一个强有力的新工具。
冰川如同天然档案库，层层冰层蕴藏着有关地球环境历史的宝贵线索。在这片冰冻的土地上，科学家们发现了微量的尘埃、花粉和污染物。这些颗粒如同带有时间戳的标记，帮助研究人员研究地球大气和生态系统在数千年间是如何变化的。
在沙漠研究所 (DRI)，冰芯实验室利用这种方法揭示了诸如铅污染和古罗马经济不稳定等历史事件。该团队取得了一项新的突破，发现法国阿尔卑斯山的一座冰川中含有可追溯到上一个冰河时代的冰，这是迄今为止在欧洲该地区发现的最古老的冰川冰。这块冰芯涵盖了人类发展的重要里程碑，包括西欧农业的兴起和工业化的开始，为了解那个以剧烈变革为标志的时期提供了难得的机会。
在发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS Nexus）六月刊的一项研究中，科学家分析了从勃朗峰古特穹顶（Dôme du Goûter）提取的40米长冰芯。通过放射性碳测年法，他们确定该冰川保存了至少12000年前完整的气溶胶和气候数据。气溶胶是悬浮在空气中的细小颗粒或液滴，包括沙漠尘埃、海盐、火山硫磺、野火烟雾以及人类活动产生的污染物等物质。
冰芯提供了这些粒子最详细的档案，这项研究标志着欧洲冰芯首次被证明能够追溯到上一次重大气候变迁时期。由于气溶胶通过影响云层形成和太阳辐射来影响气候，因此该冰芯中储存的信息可以在完善用于理解历史和未来气候模式的模型中发挥关键作用。
研究合著者 Nathan Chellman 在 DRI 冰芯实验室中精心准备纵向冰芯样本，用于高分辨率测量。图片来源：DRI/Jessi LeMay
“我们第一次获得了相当完整的阿尔卑斯山大气和降水化学记录，可以追溯到中石器时代，”DRI 冰芯实验室主任、该研究的共同作者乔·麦康奈尔 (Joe McConnell) 说。“这很重要，因为有两种主要的气候状态——冰期和间冰期——并且通过记录这一巨大气候变化中的大气降水化学，可以告诉你预期的最极端的自然气溶胶浓度。”
除此之外，人类从人口稀少的狩猎采集社会，经历了农业发展、动物驯养、采矿等，再到人口的大幅增长和土地的开垦。所有这些都发生在这个冰芯地点周围。它涵盖了自然和人为变化的方方面面，而且它位于欧洲的中心地带，正是西方文明的发祥地。
这座冰川位于阿尔卑斯山脉，意义重大，因为它比遥远的北极冰川更能完整地记录欧洲当地的气候。许多气溶胶在驱动地球气候方面发挥着重要作用，因此科学家们希望了解过去气溶胶的来源和浓度是如何变化的。
主要作者米歇尔·勒格朗 (Michel Legrand) 表示：“从冰川和冰盖收集的冰芯可以提供这样的信息，但由于这些液滴和颗粒在空气中停留的时间只有几天到一个星期，因此从靠近源头的冰川收集的记录往往最具参考价值。”
实验室连续冰芯化学分析期间，融化器上的冰样。图片来源：Sylvain Masclin
本研究中分析的冰芯最初由该研究的一些法国作者于1999年收集。它被存放在法国的冰箱里超过20年，之后麦康奈尔和他的团队将其带到了内华达州里诺的DRI冰芯实验室，在那里，他们利用被称为连续流分析的专用设备和方法，将其融化，并逐层测量其化学成分。
“确定冰层中的某一层代表哪一年或哪一段时期可能很有挑战性，因此我们在这里采用了一种独特的放射性测量方法组合来确定冰层的年代顺序，”合著者沃纳·埃施巴赫说。“我们很高兴地发现，即使是在 20 世纪气候异常温暖的情况下，勃朗峰顶附近 14000 多英尺的低温也保护了冰川，因此冰记录尚未受到融化的影响。”
位于冰川深处约40米处的冰芯底部冰块的历史年龄令研究人员感到惊讶。另一个从距离不到100米的多姆山口冰川采集的冰芯，尽管深度更深，但发现其内部的冰块只有大约一个世纪的历史。科学家们将此归因于勃朗峰上发现的强风模式。
“很高兴能在欧洲阿尔卑斯山发现第一根冰芯，它包含了完整的气候记录，可以追溯到当前一万年的温暖期，以及上一个冰河时代的截然不同的气候，”合著者苏珊娜·普伦克特 (Susanne Preunkert) 说，她是 1999 年收集冰芯的野外团队成员之一。
这份极其详尽的冰记录揭示了上一个冰河时代与当前全新世之间的温差约为3摄氏度。利用冰中嵌入的花粉记录，重建了上一个冰河时代的夏季气温，结果显示整个西欧地区比上一个冰河时代的夏季气温低了约2摄氏度，阿尔卑斯山脉地区比上一个冰河时代的夏季气温低了约3.5摄氏度。
磷记录还向研究人员揭示了该地区过去12000年植被的变化。上一个冰河时代，冰中磷的浓度较低，在全新世早期至中期急剧上升，随后在全新世晚期稳步下降。这与气候变暖时期森林的扩张，以及现代社会发展、农业和工业扩张导致的土地开垦之后森林的衰退相一致。
海盐记录也帮助研究人员研究了历史上风力模式的变化。冰芯显示，上一个冰河时期海盐沉积率更高，这可能是由于西欧近海西风增强所致。海盐气溶胶可以将太阳辐射散射回太空，并通过影响云滴、云大小和反照率来影响气候，使其成为区域气候的重要驱动因素。
冰芯记录更生动地展现了气候变化过程中尘埃气溶胶的变化。尘埃通过吸收和散射入射太阳辐射和行星辐射，成为重要的气候驱动因素，并通过充当云凝结核影响云的形成和降水。在上一个冰河时代，尘埃含量比全新世高出约8倍。这与之前气候模型模拟的欧洲在暖气候和冷气候阶段之间尘埃气溶胶仅仅翻倍的说法相矛盾。这种差异可能是由于撒哈拉尘埃羽流在欧洲沉积增加所致，而这仍然是该地区尘埃的主要来源。冰芯记录与其他古气候记录相一致，这些记录表明在较冷的气候时期，地中海地区气候更加干旱。
这项研究仅仅是勃朗峰冰盖记录故事的开端，研究人员计划继续分析它，寻找人类历史的线索。揭开每个冰芯记录的第一步是利用同位素和放射性碳测年法确定每一层冰层的年龄。现在，有了这些信息，科学家们可以更深入地探究它能揭示哪些关于过去人类文明及其对环境的影响的信息。
麦康奈尔说：“现在我们可以开始从人类历史的角度来解读我们所掌握的有关铅、砷和其他类似物质的所有其他记录。”
这些信息还可以用来帮助解释气溶胶的变化如何影响气候，并改进模型，以帮助我们了解当前和未来的气候变化。
“如果你真的要回顾并研究所有可能的气候状态，无论是过去还是未来，你就需要一个能够捕捉真实气候变化的模型，”麦康奈尔说。“这是一个值得称赞的目标，但要评估模型的准确性，你必须能够将它们与观测结果进行比较，对吧？而这正是冰芯发挥作用的地方。”
编译自/scitechdaily