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物工学家成功敦德冰帽冰芯钻取工作

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物工学家成功敦德冰帽冰芯钻取工作

科学家完成敦德冰帽冰芯钻取工作

姚檀栋院士:情系“冰心”守净土

作为全球变化最重要的研究载体之一,冰芯记录能够提供季节至年际分辨率的气候和环境变化信息。青藏高原是除南北极之外全球冰川分布最广泛的地区,青藏高原地区获取的冰芯记录能够为区域气候变化提供重要信息。日前,中科院青藏高原所、青藏高原地球科学卓越创新中心姚檀栋院士团队组织了对敦德冰帽的综合科学考察和冰芯钻取工作,历时40余天,获取了丰硕的考察成果。

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1987年,中美两国科学家合作在祁连山敦德冰帽完成了中国境内第一支深孔冰芯的钻取工作,在该冰川积累区海拔5325m处钻取了长度分别为139.8m、136.6m和138.4m的三支透底冰芯。关于敦德冰芯的研究成果于1989年在国际权威刊物美国《Science》杂志发表后引起了国内外学术界的极大反响。

姚檀栋在古里雅冰川考察

三十年来,随着研究工作的深入开展,一些新的科学问题逐渐产生:敦德冰帽究竟蕴藏了过去多少年的气候变化历史?在全球变暖背景下,1987年以来以敦德冰帽为代表的祁连山西部地区冰川发生了什么样的变化?在过去不同的气候阶段,敦德冰帽所在的祁连山西部古冰川是如何变化的?这一系列问题亟待冰川学家们给出科学的解答。为此,姚檀栋院士组织了这次野外科学考察工作。

过去30年,青藏高原及其相邻地区的冰川面积由5.3万平方公里缩减至4.5万平方公里——这是中国科学院院士、中国科学院青藏高原研究所所长姚檀栋一直关心的事。

据介绍,科考人员兵分两路,在拉萨和兰州准备好科考物资之后,汇集到了青海省海西蒙古族藏族自治州的首府德令哈市。最终,考察队一行25人经历了一整天长途跋涉之后到达海拔4300米的科考大本营-祁连山圣虎雪山牧场,开展为期一个月的冰川综合科学考察和冰芯钻取工作。

姚檀栋天庭饱满、眉清目秀,一副眼镜更增添了他的学者气息。数十年艰苦的冰川考察,竟没在他的脸上留下太多烙印。

在科考人员的陪同,姚檀栋院士来到1986年科考时的前进营地开展冰川进退的考察工作。通过野外实地考察,姚檀栋院士认为敦德冰川在过去30年里相对稳定,并没有呈现出明显的退缩。这一考察结果对如何解释青藏高原北部冰川变化提出了新的课题。

“研究冰川变化,青藏高原是理想之地。”也许是带领团队几十次科考活动,抑或是100多次踏上高寒缺氧、神秘壮美的青藏高原,谈起“冰川”“青藏高原”这些打过40多年交道的“老朋友”,姚檀栋语气格外平和、淡定,但也不无担忧,“在全球气候变暖的的背景下,青藏高原的冰川正逐渐减退。这不仅是科学家需要关注的热点,也应成为人类共同关心的课题。”姚檀栋说。

据介绍,科考队在冰川积累区顶部海拔5320米的钻取点共钻取了三支透底冰芯,冰芯总长度396米;在冰川消融区海拔4950米获取了三支透底冰芯,总长度45米;获取了敦德冰帽1米分辨率的钻孔冰温数据;在冰川末端架设自动气象站一套;在冰川表面沿科考路线布设冰川物质平衡测杆15根;获取了不同海拔梯度的数百个表雪和雪坑样品;采集了冰川末端末次冰盛期以来不同阶段的冰碛垄岩石10Be样品等。这些宝贵的资料将为后续的研究工作提供保障。

2014年初,中国科学院成立青藏高原地球科学卓越创新中心。作为中心主任,姚檀栋带领研究团队,以“青藏高原多圈层相互作用及其资源环境效应”先导战略专项为基础,聚焦于水圈、大气圈、冰冻圈、生物圈、岩石圈、人类圈等六个圈层的特征及过程机制的系统化、多学科交叉研究,探寻青藏高原资源环境的变化情况,给有关部门科学决策提供依据。

去年,姚檀栋在青藏高原开展了3个多月的冰川考察活动。“为了后人还能领略冰川的壮美,我们有责任守好青藏高原。”

“当我第一眼看到冰川,瞬间就被那种壮美和纯洁征服了。”说到这儿,姚檀栋特意提高了嗓门,举起的双手似乎想勾画出冰川的轮廓。

41年前,还在大学读二年级的姚檀栋第一次与老师同学来到祁连山“七一”冰川考察实习。洁白的冰川绮丽壮美,在阳光的照耀下熠熠生辉。被自然美景震撼的姚檀栋顿悟,“冰川就是我一生的命运”。

1974年,作为当年优秀学生,姚檀栋被兰州大学冰川冻土专业录取。他当时就懵了,甚至都不清楚“冰川”到底为何物,只能凭想象,感觉可能是个特殊专业。那时本以为能被其他大学录取到石油或核物理专业的姚檀栋,虽然有些迷茫和遗憾,但一想到大学毕业后可以被安排工作,“已经是令整个家庭雀跃不已的事情了”。

“不能让中国这方面研究落后于其他国家。”姚檀栋还记得当年学院院长说,冰川冻土专业人少,但国家非常需要这方面人才。当时的状况足以让姚檀栋奋发图强,直到第二年实现与冰川的“亲密接触”,一切就顺理成章了。

其后,“中国冰川之父”施雅风和著名地理学家李吉均给姚檀栋打开了一扇通往冰川研究深处的大门。1987年,他来到法国,师从世界冰芯研究权威、环境泰勒奖得主劳瑞斯,逐步开始投身冰芯研究。

“我们这一代人的求学,不仅仅只是与个体兴趣、个人发展相关,它还包含着个人情感、家庭命运甚至时代重任。”

前些年去美国看望好友时,姚檀栋被好友的女儿叫“冰人叔叔”。前半生已交给冰川和冰芯的“冰人”,后半辈子恐怕也不会离开。

寻找气候环境变化“密钥”

“搞地理科学研究,单打独斗是不行的。要形成团队,集体作战。”姚檀栋说,钻取冰芯就需要完美地团队协作。

冰芯,即取自冰川内部的芯。科学家们曾通过研究在南极和北极钻取的冰芯,找到揭开全球气候变化之谜的“钥匙”。

“分辨率高、记录时间长、信息量大和保真度高,这些都是冰芯的特点,也成为过去全球变化研究的重要方法之一。”姚檀栋说,冰芯不仅会记录气温等过去气候环境各种参数以及太阳活动等影响气候环境变化各种因子的情况,还会记录人类活动对气候环境的影响,对科学家解读气候变化演进很有帮助。

被誉为“世界第三极”的青藏高原,由于特殊的地理位置和海拔高度,成为科学家较感兴趣的冰芯研究热点地区。姚檀栋曾十几次带领科考队赴青藏高原钻取冰芯。还在美国做研究时,他就有一个信念,“对中国青藏高原的冰芯研究,绝不能落在外国人的后面!”

早在1992年,他和美国科学家汤姆森院士曾到古里雅冰川科考,取得巨大成功。“青藏高原的冰芯‘秘密’很多。这么多年过去,还是想回去看看。”姚檀栋说,随着时间推移和科技进步,20多年前的冰芯已经无法满足科学家的全部关注点。

2015年9月至10月,姚檀栋、汤姆森等科学家再次踏上青藏高原古里雅冰川钻取冰芯。6200米的第一钻,就是由姚檀栋等人共同操作的。钻好后,他登到6700米处,继续指导。当钻取点突遇冰裂隙时,姚檀栋又重新分析选点,直到钻出一根符合研究标准、308米长的透底冰芯。

在姚檀栋看来,凝聚团队力量的工作极为重要。以打钻为例,需要钻工、描述人员、记录人员在各司其职的基础上协调配合。如果团队没有凝聚力,“干的活儿也不会如意”。

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