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深埋雪原的地球之謎—科學家鑽取冰芯,解讀萬年氣候史
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深埋雪原的地球之謎—科學家鑽取冰芯,解讀萬年氣候史

2022-09-27 記者梁玉芳/專題報導

想像數千年來地球上發生的氣候變化,都藉由大氣微塵的飄動,將這些微物線索移動萬里,然後冰封在北極一處三公里厚的冰層之中。那麼,冰原就成了凍結地球歷史的水晶球。如果念對「咒語」,人類就能望見過去、證明歷史,甚至預測未來。

這個解謎的「咒語」就是由冰層鑽洞取出的長長的冰芯(Ice Core)。藉由解讀冰芯中,不同年代的冰雪堆疊壓縮氣泡所含的物質,就能回推當年那個我們尚未出生的世界,古代的氣候、溫室氣體的變化、甚至火山爆發規模,究竟發生了什麼事。

這是對跨國研究計畫「EastGRIP」最簡單、直白的解釋。

冰層如歷史冰櫃,藏有「氣候變化」密碼

4-3-2 史蒂芬森展示在國際科學家支持中心(KISS)冷藏保存的各種科學研究採集樣本。記者余承翰/攝影

EastGRIP計畫(The East Greenland Ice-core Project)開始於2015年,目標是要在格陵蘭東北部冰流( Ice Stream)上,鑽出深達2650公尺深的冰芯。格陵蘭冰原的厚度就是大約三公里,幾乎是要將格陵蘭冰原打穿了。

EastGRIP負責人約根・史蒂芬森(Jørgen Steffensen)說,冰原的雪是一年一年堆疊上去的,堆了數萬年;如果由上面打個洞,取出一長條的冰芯,就會包含了每一年的氣候密碼:冰是水的一種形式,藉由水中氧原子的同位素分析,就能分辨出冬雪與夏雪的不同。

科學家能藉著一年年推算,冰層就如同歷史冰櫃,計畫營地「這兒就有十三萬年的氣候史」,是過去千萬年來氣候變化「垂直的時間軸」。

4-3-3 冰峽灣中心的展覽廳,擺放著取自冰蓋的真實冰芯樣本。記者陳靖宜/攝影

4-3-4 冰芯能一窺千萬年來的氣候歷史。記者陳靖宜/攝影

丹麥是EastGRIP的最大出資國,在EastGRIP營地挖出的冰芯,會送回哥本哈根的冷藏檔案室,在那裡「我們已經有25公里長的冰芯了」。民眾都可以到檔案室來提出各種氣候問題,例如何時火山爆發。

史蒂芬森舉例,民眾常問的問題是火山爆發,最著名的案例是羅馬凱撒大帝在元老院被暗殺時,那時傳說眾神詛咒羅馬,太陽變弱、天氣寒冷、莊稼歉收,數年飢荒。「這正是火山爆發的典型情況,這能在那個年代的冰芯找到火山灰的證據」。

探究「冰流」之謎,有助預測融冰量

EastGRIP計畫的另一個特別之處,是在「冰流」上鑽取冰芯,希望能解答科學界至今未解的冰流速度之謎。

冰流是冰川的一種形式,特點是它在冰原上移動得非常快,史蒂芬森形容冰流是冰川的「河中之河」,像是寬幅冰川中的一條快車道;且因為它快速的推移,就會夾帶大量的冰山(Ice Berg)入海。格陵蘭每年冰原大量融冰,有二分之一的融冰量都肇因於冰流。

史蒂芬森說:「一般的冰川可能一年移動兩公尺,可是在Grip營地上的那條冰流,咻!一年移動五十公尺。」

令人憂心的是,過去十年,格陵蘭的冰流速度已經翻倍,帶出的融冰量更可觀;但是科學家至今對冰流的「行為(behave)」,也就是它的動力機制缺乏理解,「這也會使得對未來全世界海平面上升的預測,產生不確定性,或出現誤差」。

4-3-5 地圖上標示出EastGRIP計畫做鑽探冰芯的地點與進程。記者陳靖宜/攝影

這位不修邊幅、講話自帶音效的科學家,與冰雪打了四十年交道。史蒂芬森說,他的工作就是在廣闊的冰原上設立研究營地,讓各國科學家在移動的冰流上鑽取冰芯、切段、實地測量、裝箱冷藏,送到合作的各國實驗室分析,集世界之力希望能快速理解冰流之謎。

每年的一到三月是「準備期」,後勤部隊開始安排科學設備的運載事宜;四月底、五月初,第一批的開營人員就會飛上冰原,確保營地有電、有水、食物及舒服的床位,好讓研究者進駐。

五月到八月,整個營地都會是科學家、會修東西的技師、醫人的醫師、以及「好廚師,這個非常重要」,史蒂芬森強調。營地的總人數會控制在三十人以下。

當然,在冰原上的研究基地不只鑽取冰芯,也支援各種計畫,例如冰雪取樣、利用無人機及雷達的各樣研究。也曾協助台灣中央研究院的黑洞望遠鏡的設立,「因為在冰原高峰,空氣更稀薄,能取得更清楚的觀測訊號」。

在八月廿日之後,營地的科學活動就要喊停。史蒂芬森說,營地一年只能工作三個半月,因為在此之後,冬天來臨,冰原氣溫有時會下降到負65、67度,太陽也消失,進入永夜。

九月到十二月,EastGRIP計畫的夥伴國成員及指導委員會聚集丹麥哥本哈根開會,總結過去的科學發現、規劃未來的營地田野計畫。

氣候嚴峻,科學家須先學「鏟雪」

4-3-6 史蒂芬森笑著暢談在極地研究的所見所聞。記者余承翰/攝影

作為冰原研究營地的負責人,他說最辛苦的就是每年在冰雪過後,要再回到大雪白茫茫的冰原上「開營」:挖出被大雪掩埋的營地。

「尤其因為COVID-19,營地關閉了三年。什麼都不見了。都在冰層裡了。」決定開營時,飛機送史蒂芬森等先遣科學家飛上冰原,「我們九個人下了機,拿著行李,站在冰上,但是營地全不見了。」當時氣溫是零下三十度,飛機就這麼飛走了!

從下午一點到晚上十一點,他們挖了五公尺深,終於找到發電機,有了電,就能用電爐,用融雪煮水。「在最初的二十四小時,這非常重要,保暖是第一任務。」接著不斷挖掘,把主樓給挖出來,三十人用的廚房、餐廳、洗衣機,一個一個露出原形,接著辦公室、生活區,一個一個由雪中冒出來。

「在這裡,科學家得先學會用鏟子。」史蒂芬森說。


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