在格陵兰冰帽中保存着25万年前降落的雪。今年夏天的钻探将揭示出控制上一次冰期气候的线索。

冰是一种珍贵的档案。降落在格陵兰冰帽的雪，除含有来自整个北半球的空气外，还含有各种气体、酸类和粉尘。当它变成冰时，每一层冰的化学特征原封不动地被掩埋起来，年复一年，冰逐层覆盖上去，这种化学特征就通过冰帽逐渐向下移动。如能测定这些冰层的年代，那么就能提供千万年以前大气中发生的变化情况的档案。

最近两年夏天，格陵兰冰芯研究项目（GRIP）的研究工作者一直在北纬73'附近格陵兰冰层的最高处，高3200米的顶峰营地钻井。今年晚些时候，丹麦、瑞士、法国、德国、冰岛、英国、比利时和意大利的研究工作者将一起参加这一项振奋人心的工作。迄今他们已回收了长2321米的冰芯，恰好回溯到最近一次冰期，并包含着40，000年以来北半球的气候及大气化学过程和现象方面的大量消息。今年夏天，他们将钻达地面以下3公里多的基岩，钻取300，000年前到500，000年前期间的冰，这将是全球回收到的最古老、最深的冰。

冻结在冰内的信息包括大气组成及其化学性质，以及火山喷发出来的粉尘和酸类的多寡。在或大或小的气候变动期间变化的资料将更多地揭示出引起气候变化的因素，以及气候体系进展中的变化，这些是关于全球气候变化的重要论题。

GRIP冰芯将是伸到格陵兰冰层底部的第三个冰芯。第一个是1963至1966年间在格陵兰西北靠近北极处的冰芯，深1385米，时间约回溯到120，000年以前。第二个冰芯是在1979年至1981年期间，在格陵兰西南处钻取的。这个冰芯更长——2038米，由于钻探技术的改进，质量也好得多。但每年有更多的冰残存下来，所以这个冰芯仅相当于100，000年左右。

南极洲伯德和伏斯托克已有了两个深的冰芯。由美国科学家在南极洲西部钻取的伯德冰芯、深2191米，跨越过去70，000年。在南极洲东部伏斯托克深达2521米的冰芯，跨越160，000牟——创迄今为止时间和深度的记录。这个冰芯是由苏联工程技术人员钻取的，并由法国科学工作者参与一起进行了分析研究。

GRIP冰芯在冰层的最高处，没有什么冰的横向流动。如冰的流动强烈，就会使老的冰层破裂，从而破坏资料。在格陵兰峰顶，深层冰芯只会被压平，因此保存着更多有价值的古老的冰。这种冰芯照理可给研究工作者探索远溯至迄今最早时期的气候和大气的化学过程提供可能。

冰层中预期的模型主要以测定来自两个老的钻孔的冰流为基础。一般冰流会拖曳冰层，使之重叠起来，使一些冰层变厚，另一些冰层变薄，直到无法再追踪为止。这种变形还使冰层中保蒂的信息减少，一例如，封闭在冰中气泡内的大气中的气体会逸出。但在GRIP处没有冰层的重叠，只是变薄，因此能提供模型与冰芯预测之间令人满意的相关性。

GRIP冰芯将提供气候研究者以气候和大气化学过_迄今为止最全面、最详细的一批资料。尤为可贵的是，它可能含有若干个冰河期和间冰期（冰河期之间的温暖时期）的冰，这样的冰芯还是第一例。如果真是这样的话，研究者将有可能探查一个极其重要而还不大明白的现象：在冰川化开始和结束时气候的变化情况。一般地说，这种深度的新冰芯将为人们提供一个很长时期的气候资料，它包含着无比丰富的内容，借此就有可能提出有关大大小小气候变化的更可靠的气候模型。

在原封不动的冰芯上进行第一项电导率的测定。冰芯的电导取决于逐层冰的酸度。如果在冰呈雪降落的前后有较大的火山喷发，则雪的酸度往往较高。喷出物中的气体和微粒直上同温层：如二氧化硫遍布整个半球，并变成细小的酸滴。酸滴最终仍降回对流层，在大气最低的12公里左右处，为雨雪冲掉。

第二步，对冰芯作更详细的电导测定——每隔2毫米读取一个读数。由于降雪的含酸量随季节而异，所以这种测定还可为整个冰芯断片提供灵敏的数据。例如，大部分的酸在冰帽上的夏雪中，冰川学家可以检出每年夏季酸度的峰值，并像考古学家数树的年轮一样数出冰芯中的年层。冰中粉尘的含量还可使数据得到进一步的完善。早春时节，粉尘从大陆散布到极地，随雪降落，在冰中成层分布。

冰芯分析时，一些铵离子峰是迄今最令人激动的发现，这些峰极有可能是由北方高纬度地区生物物质燃烧所引起的。有些峰值高达冰芯正常本底值的20倍。它们出现在大约12，000年前的新仙女末期的寒冷时期（接着迅速变暖）到目前的间冰期的冰中。在冰芯中发现生物物质燃烧的标志，在全球还是头一遭。

生物物质燃烧使微量气体，如二氧化碳和氧化亚氮等进入对流层。但迄今为止，我们对过去生物物质的燃烧还知之甚少，首先，要把结果与其他冰芯相对照，以了解其代表性如何。然后从中找出长久以来温度与生物物质燃烧之间有否什么相关性。目标是试图建立一个类似于原有的火山喷发档案的自然界大火的档案。希望从中可得出一些有关生物物质燃烧对气候影响的结论。

在哥本哈根大学地球物理研究所的实验室里，进行着用氧同位素法测定当初雪降落时的温度这一最重要的分析。

自然界氧的同位素有两种：通常的一，种原子核中有8个质子和8个中子，另一种稀少的、较重的同位素氧-18则多两个中子。由于所含同位素比例不同，水的融化、冻结及蒸发的速度略有不同，所以冰芯中这两种同位素的比与温度有关。尤其是在由海水变成冰的每一阶段，两种同位素的比例依空气温度而发生不同的变化。总的结果是：当北极圈的空气变冷时，雪中氧-1.8的含量即降低，当气候变暖时，其含量即升高。

雪里面的细微变化

用质谱法可测定两种同位素的相对含量。这样，即可探索远溯至冰芯所能够把我们带领到的时代里的大六小小的气候变动。综合温度与冰芯的年代断定和化学分析，GRIP的科学工作者有望能更多了解气候与大气化学过程之间的关系。

GRIP的研究工作者还正在观察更细微的气候变动。哥本哈根的地球物理研究所的J. P. 斯蒂芬森正在分析当气候变动时来自陆地和海洋的大气悬浮微粒含量的变化。他用色谱法得出钠、钾、镁、钙、氯、硫酸根、铵和硝酸根等离子的含量。冰里的水多半来自海洋，因此斯蒂芬森把全部样品与海水的平均组成，与海水中各种离子的已知含量联系起来。相对于海水平均组成的任何偏离，部说明必定有其他的某些过程在起作用。

除了若干已知的火山喷发外，冰芯中氯化物主要来自海水。因此，一般从氯离子和钠离子的比例着手，这一比例常常与海水完全相符。如果钠离子过剩，它多半来自大陆。研究工作者必须考虑所有能影响冰的化学组成的过程。例如，硝酸根离子主要由火灾和火山喷发时在大气中形成，而硫酸根离子则由海洋的生物作用在沼泽地带产生。

大气中的粉尘含量也会发生变化。上一次冰期大气中的粉尘远较目前为多，主要是因为以前海洋较低，原来在海面下的陆地容易受到强风的影响。冰川学家也指出了每个冬春大气中粉尘含量的峰值。探索冰芯中的粉尘，可以辨认出年层——实际上这是断定这些冰芯的年代的最灵敏的一种方法，研究人员可把粉尘测定年代的方法与其他测定年代的方法加以对照。

把这些不同的测定年代的方法合起来考虑，远比单独一种方法有效，因为它们可以相互印证和补充。如果其中某种方法不能提供清晰的层理，另一种方法往往可能有用。例如，只有在每年的冰层均有残存的情况下，从表面往回清点年层才具有正确性。大的火山喷发等过程的标记图可起校核作用，可用于指明缺少年层之处。用综合断代法，迄今就GRIP冰芯已回溯至约40，000年以前。按这些结果来看，上一个冰期约在11，500年前结束。根据1979—1981年间钻取的冰芯曾得出上一次冰川化在10，700年前结束的结论，然而现在看来，新的结论更为可靠，因为这次同时用了多种的年代测定法。

在寒冷时期和温暖时期之间气候变动的数千年以后，北半球温度在50年内突然上升了7°C，在这以后就一直保持着温暖的气候。这说明气候的变化可能很迅速，尤其是从寒冷气候变到温暖气候。粉尘的测定非常灵敏，因此可逐月找出过渡时期的沉降量。还能揭示从冰河期转变到间冰期之间季节的变化。

在冰芯中看到的上一个冰期的迅速结束，与来自西欧湖泊和沼泽沉积区的其他资料有很好的相关性。最近纽约哥伦比亚大学的W. 勃罗克领导的小组发现，由格陵兰冰芯看到的从寒冷到温暖，从冰期到间冰期的气候波动，与北大西洋海相沉积的循环相符。勃罗克提出，这些过程是由于大西洋海水含盐量变动的结果。他认为这种含盐量的变化则是由于来自收缩着的冰层的融溶水的数量和途径的变动所使然。

哥本哈根地球物理研究所C. 哈默就GRIP冰芯详细地分析冰河期与间冰期之间的过渡时期，试图找出是什么使气候体系这么快地变到新的状态，以及大气和气候如何影响到天体的变化，如太阳输出、地球转动的变化，以及地球的轴角的变化等。

GRIP资料的独特之处，在于其范围广、分辨能力高。地球的气候变化何以会这么快？将来是否也会迅速变化？这是今天摆在气候学家面前一个最大的问题。在上一次冰期末气候的迅速变暖有否可能系海洋环流模式的突然改变所引起？如果气候体系曾发生迅速的变化，那么冰层的收缩或长大又有多快？

GRIP的详细资料会有助于回答气候研究迄今所提出的一些问题。如果说，原来冰芯是作为判断的依据，那么该项研究也会给今后的研究提出相当多的新课题。

［New Scientist，1992年2月29日]