南极、北极、第三极山地冰芯记录的气候环境变化

 冰芯中人类活动信息记录对环境政策制定的推动作用

从农业时代开始，人类从事冶炼、种植等活动时的产物，以及工业化以来在化石燃料消耗、冶金生产、各种化学化工生产、核试验等活动后的产物，通过大气环流传输后，其中一部分会沉降到冰川表面，并在冰芯中记录在案。通过对冰芯中人类活动各种产物含量与其自然环境背景含量的对比分析，可评估人类活动对环境的影响程度，从而使冰芯研究成果服务于相关环境政策的制定。

冰芯中铅含量记录推动含铅汽油禁用政策的实施

工业污染物往往会对人体健康造成很大的危害。因此，各国政府和国际社会关于污染物对环境及人体健康的影响极为关注，并积极制定相关政策以防止污染。例如，铅（Pb）是一种对人体危害极大的有毒重金属，铅及其化合物进入人体后将对神经、造血、消化、肾脏、心血管和内分泌等多个系统造成危害。20 世纪 60 年代，对格陵兰世纪营地冰芯中铅含量记录的研究，发现自 1750 年人类工业化开始，冰芯中铅含量逐渐增加；而从 20 世纪 30 年代欧美经济复苏及汽车产业的大发展以来，冰芯中铅含量增加十分迅猛；到 20 世纪 60 年代大约增加到 7 000 年前冰芯中的 200 倍。正是这个发现促使欧美国家从 1970 年开始限制含铅汽油的使用。在这一政策的直接影响下，20 世纪 70—90 年代格陵兰冰芯记录中的铅含量迅速降低（图 1）。

冰芯中温室气体含量记录推动温室气体减排政策的制定

现代气候变暖主要是由于大气温室气体含量增加引起的。全球变暖会带来冰川融化与海平面上升、极端天气事件频发、自然灾害加剧、土地荒漠化、水资源安全与生态安全等一系列关系国计民生的重大问题，因此各国政府与国际组织极为关注全球变暖问题。冰芯记录表明，大气中 CO₂ 含量在过去几十万年的时间里从未超过 300 μL/L，而且在冰期-间冰期时间尺度上其变化振幅为 80—120 μL/L；1750 年，地球大气中 CO₂ 含量约为 280 μL/L（图 2），维持在间冰期的自然含量水平之内。然而，随着人类工业化进程的加快和化石燃料的大量消耗，使得地球大气 CO₂ 含量在 20 世纪初就超过了 300 μL/L；到 2006 年时观测到的地球大气 CO₂ 含量已超过 380 μL/L；2016 年已上升到 400 μL/L 以上。目前，地球大气中 CO₂ 含量已远远超出了间冰期时大气中 CO₂ 自然含量的上限，而且在工业化以来地球大气中 CO₂ 含量的上升幅度已经达到甚至超过了地球大气 CO₂ 含量在 10 万年周期上的自然变化幅度。除 CO₂ 外，冰芯记录的 N₂O 和 CH₄ 含量自 1850 年以来也迅速上升。人类活动排放引起的大气温室气体含量的快速增加，已引起了全球科学家及各国政府的广泛关注，催生了温室气体减排方案的制定。鉴于目前大气温室气体含量仍处于“高速”上升状态，减少温室气体排放、应对全球变暖刻不容缓。

冰芯科学的产生与发展源于学科交叉与分析技术的提高。认识冰芯科学研究与其他学科研究之间的交叉点，是冰芯科学发展的突破口。提出影响人类健康与发展的重大环境问题的冰芯解决方案，是冰芯科学研究服务人类社会的价值所在。建立冰芯中痕量、超痕量物质连续的、高分辨率的分析方法与技术，是提取我们目前还没有认识到的、更多的地球气候环境变化甚至宇宙环境变化信息与过程的关键。发展冰芯精确的测年方法与技术，是我们准确理解气候环境变化过程、机制与原因的重要支撑。这些是冰芯科学发展的必由之路，也是冰芯科学研究为提高气候环境变化预测能力和促进人地关系协调发展服务的科学基础。

冰芯是地球气候环境变化的天然档案库。然而，随着全球气候的进一步变暖，山地冰川会逐渐消亡，极地冰盖的消融也将呈增加趋势。这意味着冰芯这一天然档案库存在“融化消失”的极大风险。为了更好地认识我们所居住的地球环境的变化，拯救冰芯是当务之急，而这一点西方国家走在了前面。早在 1993 年，美国在科罗拉多州首府丹佛建立了美国国家冰芯实验室（National Ice Core Laboratory）；2018 年，该实验室更名为美国国家科学基金会冰芯机构（National Science Foundation Ice Core Facility）。该机构是对取自全世界不同地区的冰芯进行保存与管理，鼓励不同学科的科学家利用该机构的冰芯样品开展科学研究。2015 年，欧洲科学家发起了“冰存储计划”（Ice Memory），其目的是建立一个国际冰芯储存库，将取自全球关键山地、亚极地和极地冰川的冰芯储存在温度极低的南极地区，为未来的科学家提供高质量的冰芯样品以从事相关科学研究。

以青藏高原为主体的第三极是中低纬度冰川发育最多的地区，加强南北两极研究是我国现在和未来发展的需要。在全球变暖加剧、冰川加速消亡的今天，应尽快拯救冰芯资源，建立我国的冰芯档案储藏库，为国家发展及后世科学研究服务。（作者：姚檀栋，中国科学院院士，中国科学院青藏高原研究所所长；秦大河，中国科学院院士，发展中国家科学院院士，中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室；王宁练，中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心、西北大学  城市与环境学院、陕西省地表系统与环境承载力重点实验室；刘勇勤^、徐柏青，中国科学院青藏高原研究所 、中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心 。《中国科学院院刊》供稿）