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冰芯揭秘大气演化史
发布时间:2024-12-14
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如果手相学家对你说:“伸出手掌,我来预测你的人生。”你大可一笑了之。

如果植物学家对你说:“根据树轮,我能判断几十年的降雨情况。”你可以相信,因为这是科学。

如果有人对你说:“我有一样东西,可以知道过去100万年地球气温的变化。”你认为这是科学推断还是“跳大神”呢?

这个人,就是丹麦古气象学家威利·邓思伽德(Will Dansgaard)。他的大胆设想开辟了一个重要的研究领域,让我们有机会认识这颗我们居住的蓝色星球在过去100万年所经历的气候变化。而最早的发现,和一个啤酒瓶有关。

从啤酒瓶到万年寒冰

1952年,丹麦大雨,邓思伽德连续两天用啤酒瓶在草地上采集雨水样本,并按照这两天的室外温度给这些雨水样本做了标记。

邓思伽德研究后有了重大的发现。

通常,氧原子带有8个质子、8个中子和8个电子,即160——“十六阿哥”。其左上角的“16”,代表这个氧原子的质量(原子的质量主要由中子和质子决定,电子质量微乎其微)。

氧原子有一个同胞弟弟“十八阿哥”,它们有相同数目的质子和电子数。但“十八阿哥”的原子核里有10个中子,这个被称为“18O”的氧同位素,因为多了2个中子,体重更大。

当氧和氢生成水的时候,也存在着两种不同的水。一种是带着“十六阿哥”160的水H?160,另一种是带着“十八阿哥”180的水H?180。

重点来了,邓思伽德发现:在白天温度高的时候,收集到的雨水里,“十八阿哥”180的含量较高;在晚上温度低的时候,收集到的雨水里,“十八阿哥”180的含量较低。

这在科学上可以这样解释:“十八阿哥”H?180体重身胖,需要吸收更多的能量(热能),才能蒸发升腾成水汽,飘浮成烟云,最后降落成雨。

大胆假设,小心求证,这是科学研究之道。邓思伽德有了这个发现后,继续派出他的“啤酒瓶小分队”,到世界各地寻找“十八阿哥”180——收集大量的雨水样本和雪水样本。

他检测雨水样本中180/160的比值,再与标准海水中180/1?0的比值比较,算出两者之间的差值δ180。

他以雨水样本的δ180作为纵坐标、样本采集时的当地温度作为横坐标,画出各个样品数据点,得到了一个近似线性关系的结果。雨雪里的δ180取决于雨雪形成时的环境气温。在温度高的地方,雨雪中180的含量高;在温度低的地区,180的含量低。

他进一步大胆推断,在南极和格陵兰岛上积冰里的δ180,可反映历年的全球平均气温!在南极和格陵兰岛,当雪花降落后,会一层一层堆积起来,凝结成冰。这些冰千年万年都不会融化。如果我们找到百年前、千年前、万年前、百万年前的冰,我们就能知道那时候地球的平均气温。

于是,他建议提取南极和格陵兰岛冰原下的冰雪样本,来研究历史上地球气温的变化。科学家用机器钻到几千米深的冰层,采集出冰芯。这一层层冰,层次非常清楚,像年轮一样。通过分析冰芯中各种物质的含量和比值,就可以推断地球气候的变化。