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实地笔记:Picarro 访问北格陵兰岛Eemian冰芯钻探营地(NEEM)

作者: 天诺基业时间:2021-02-24

 

                                                                                                                                  日期: July 19, 2011

     当我写下这篇笔记时,我正坐在一架配备滑雪装备的 LC-130 大力神货机上。这架飞机来自纽约州空军国民警卫队第 109 空运联队,刚从北纬 77°的 NEEM 营地起飞,现在正飞越一天 24 小时都有太阳的格陵兰岛。我们与负责管理 NEEM 探险队的哥本哈根大学冰雪与气候中心已有长达四年的合作,因此,我有幸被邀请访问位于北格陵兰岛冰冠的 NEEM 营地。

    在过去四年里的夏季,来自 14 个 NEEM 成员国的课题组(以及其他课题组)在这个遥远的地方 - 2.5 公里厚的冰面上驻扎了三个月左右。他们携带了大量的科学测量设备,包括一些用于测量冰芯中的温室气体、冰中的稳定水同位素和空气中的水汽同位素的 Picarro 分析仪。今年,我在那里见到了我们的许多客户 - 来自德国阿尔弗雷德·韦格纳研究所 (AWI)、法国气候与环境科学实验室 (LSCE)、日本国立极地研究所 (NIPR)、丹麦哥本哈根大学、瑞士伯尔尼大学以及美国斯克里普斯研究所和科罗拉多大学环境科学合作研究所的科学家。

      NEEM 的主要活动是钻探深层冰川冰芯,并对其进行一系列的化学、物理和同位素特性分析,以了解远古时期(11.5 万多年前)的地球环境和气候。冰中稳定的水同位素代表了飘落的每一层雪最终形成冰芯层的季节里全球的平均温度 - 而且经过数千个季节的降雪,每一层都被压缩至仅几毫米厚。NEEM 的水汽同位素测量将有助于描述积雪表面与空气之间的水分输送 - 这对于准确解释冰中水同位素含量与形成它的古代大气中的水同位素含量之间的关系非常关键。去年,钻探达到了冰芯底部的“基底冰”(混合了岩石和土壤的冰),标志着冰芯钻探的结束。今年,这种钻头被一种可以钻穿岩石的钻头所取代,进而可以钻探基底冰和沉积物样本,用于分析微生物活动和古代 DNA 等课题。

      同时也在格陵兰岛、南极洲等地钻取了许多冰芯(南极洲的冰芯是迄今为止最古老的)。如需了解 NEEM 项目的开展原因和对新冰芯的需求情况,请参见 
NEEM 网站:“北格陵兰艾木间冰期冰芯钻探项目 (NEEM) 是一个国际冰芯研究项目,旨在从格陵兰岛西北部 (营地位置北纬 77.45° 西经 51.06°) 提取冰芯,该冰芯可追溯到上一个间冰期,即艾木间冰期。该项目后勤由丹麦冰雪与气候中心管理,空中支援由美国国家科学基金会极地项目办公室管理的配备滑雪装备的大力神货机执行。”

    “格陵兰岛在艾木间冰期的气温比现在高出 3-5°C,而由于全球变暖,预计未来气候每世纪将升高 2-4°C,因此,艾木间冰期是未来气候的可靠类比案例。通过了解艾木间冰期气候是如何演变的,我们可以提高预测当前气候在未来将如何演变的能力。”

     “在 2007 - 2011 年期间,一队冰芯研究人员将在格陵兰岛西北部的冰盖上钻孔,以提取上一个间冰期(大约 11.5 万年前结束的艾木间冰期)的冰。艾木间冰期的冰芯样本将有助于我们理解在类似于未来气候变暖条件下的气候动力学。”

     “以前来自格陵兰岛的深层冰芯(世纪营、DYE-3、GRIP、GRIP2 或 NGRIP) 都不包含完整的、未受扰动的艾木间冰期冰层,这些冰层要么已经融化,要么被靠近基岩的冰流所扰动。”

     尽管有一些来自南半球的艾木间冰期冰芯,但是格陵兰岛的艾木间冰期冰芯对于完成那个时期的全球图像来说是至关重要的,尤其是因为在艾木间冰期的冰中捕捉到的信号在北半球更加明显。格陵兰岛基本呈巨型碗状结构,周围环绕着山脉,因此这些冰得以保存在格陵兰岛。内部冰层受到 2500 米厚冰层的下推力量,有效地封存在碗中。这就是其它北方冰层不复存在,而格陵兰岛厚厚的冰层存续至今的原因。

     NEEM 营地也是进行其它科学研究的基地 - 浅层冰芯、浅层雪/冰(“粒雪”)内的气体测量、用于冰震调查的地震台、深孔测井(冰温度、压力)、冰川层析成像的雷达探测、冰张力网、冰冠雷达探测以及使用无人机载雷达进行的实验。

     NEEM 的科学成果对我们理解气候变化来说非常重要,也因此得到了很多关注。所以,每个季节都有 “DV” (贵宾)前来参观。在我乘坐的飞机上,就包括格陵兰和丹麦的多个科学、教育和环境部部长,以及记者和电影制片人。在我们进行访问的前一周,丹麦女王参观了 NEEM。

     NEEM 营地住有 15 - 30 人,进行考察的科学家会往来与此并在那里住上 2 - 6 周(我们困在那里的 36 个小时中,那里的人口增加到了 50 多人!)。营地有一个 4 层楼高的巨大网格球形穹顶,其中设有厨房(配备全职法国厨师)、常见的餐饮、娱乐和工作区域。该建筑顶部有一间带有小窗户的房间用作控制塔,以联系大约每星期到达的飞机。这些飞机飞行三小时到达营地,为营地提供食物和燃料,也负责在 NEEM 和 KISS (康克鲁斯瓦格国际科学支持中心)之间运送人员和设备。该营地还有许多其它的大型半永久帐篷,可用作宿舍、仓库和住房设备。科研人员在 10 米深的冰沟中完成深钻和冰芯分析,其主要钻孔位于冰冠表面以下 2.5 公里处,直达冰层底部的岩石。如需查阅自 2007 年起的 NEEM 现场日志,
请参见此链接

     维持营地运转的后勤保障令人难以置信。2007 年,大部分最重的设备都是用大型雪橇从以前一个名为 NGRIP 的冰芯深井钻探点,以步行速度拖运至 365 公里外的 NEEM 场地。随着数个季节的积雪累积,建筑物被掩埋的程度逐年增加,必须偶尔将其挖出并“抬起”(事实上,一些以前的(现在被废弃的)冰芯钻探点的建筑现在已经完全被雪吞没了)。今年,他们将把重达 35 吨的 NEEM 穹顶吊起,放在雪橇上,这样就可以将其保存下来并拖到下一个钻探点。

     进出 NEEM 营地是一场冒险。在这条长达 6 公里的飞机起降“滑雪道”上着陆是一件非常困难的事。这条滑雪道比世界上任何铺设的跑道都要长,这是因为“滑雪”飞机需要这样的长度才能有足够的速度飞上天空。为了空运货物,飞机速度必须达到 ~85 海里/小时。如果速度不够,必须以 65 海里/小时的速度发射连接在 LC-130 上的火箭(
“起飞用火箭助推器”,简称为 JATO),从而再获得 5-10 海里/小时的速度让前起落架离开地面,同时使速度提升到 85 海里/小时。我们原计划停留 3 小时,但由于尝试起飞失败了 6 次而不得不停留 36 小时,其中包括一次使用 JATO,在此之后又尝试了两次(我们甚至没有达到足够使用火箭的速度)。在最后一次尝试中,经过数小时的跑道疏导和润滑,凌晨 1 点,雪又平又冷,很适合滑雪(和飞机滑雪!),我们终于在点燃火箭的情况下离开了地面!这真是一次令人难忘的经历!

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