近日，“雪龍”號、“雪龍2”號雙雙凱旋，科研人員們歷經三萬海里，斬冰破浪，圓滿完成中國第36次南極考察任務。如果要總結本次南極科考的亮點成績，那根長得像“金箍棒”一樣的中國南極科考史上最長的沉積物柱，無疑是最吸引眼球的。

中國第36次南極科學考察首次使用22米長巨型活塞取樣器

圖片來源：央視新聞

 

在大家的固有印象里，南極亙古以來應該都是一個冰封的世界，但最近《自然》雜志刊登的一篇研究論文卻顛覆了很多人的認知。該文章指出南極在9000萬年前曾是一片溫暖的雨林。當時南極的年平均溫度達13°，海平面比今天高出170米，二氧化碳濃度至少是如今的2.8倍。這些結果是如何獲得的，又與我們今天要講的這根“金箍棒”有什么關系呢？

白堊紀中期，南極雨林復原圖

圖片來源：Johann P. Klages, et al./ Nature

 

No.1

“金箍棒”從哪兒來？

 

這就要從海洋沉積物說起了。海底的沉積物其實主要來自于上層海洋掉落的生物尸骨、便便以及從陸地飄到海洋的塵埃。上層海洋里的這些物質在穿過上千米的海水層時，很大部分會被微生物利用，或者自行化學分解。事實上，僅有極少顆粒物能經歷重重“考驗”最終到達海底，并一層層疊加、覆蓋，形成海底沉積物。一般最表層的沉積物，可以認為是近期形成的，而越深層的沉積物，距離現今的時間越長。

年齡較老的沉積物在下，較年輕的沉積物在上

圖片來源：James Hutton, et al./ James Hutton's System of the earth

 

在深海中，海底沉積物累積過程十分緩慢，有時幾千年才能增加一毫米的厚度。雖然過程極慢，但這些沉積物卻記錄了很多當時氣候和環境的信息。就這樣，深海沉積物作為地球的“日記本”，幫我們完整地記錄了地球從古至今的環境變化。每個海域的沉積物，都可以反映海域生態環境對氣候以及人類活動的響應。這根中國南極科考史上最長的“金箍棒”便來自于南極的海底沉積物。借由這根“金箍棒”，我們不僅可以解密南極古氣候變化規律，還可以更好地了解人類活動（比如向大氣排放二氧化碳）對極地環境的影響。

 

 

No.2

解密“金箍棒”

 

在我們看來平平無奇甚至有些臟兮兮的“泥巴”，在科學家眼里卻蘊含著解開南極歷史的密碼。科學家們可以通過分析沉積物里面的放射性同位素，古生物化石，生物標志物等來反演不同地質時期的古海洋環境和古氣候條件。

 

首先，我們需要知道不同深度的沉積物的年齡。其中的“天然放射性核素”是最好用的海洋沉積物測年手段之一。人們可以用它們測定不同的沉積層、化學沉積物以及沉積物柱中殘存的生物體的年齡，從而判斷沉積物柱不同片段所處的年代。任何放射性核素，只要半衰期適宜，理論上均可用于測定沉積物柱的年齡。我們需要做的，就是選取合適的尺子去更好地衡量。

不同放射性核素的適宜定年范圍

圖片來源：Dickin, et al./ Radiogenic Isotope Geology

 

其次，眾多被塵封在沉積物中的生物，如花粉、孢子、樹根等，均可以給我們帶來不可思議的信息。高緯度地區代表性的硅質沉積物，即為硅藻的殘骸。硅藻在生長的時候，它的種類、數量還有組合特征等等，都會因為水體的物理、化學條件的差異而不同 , 所以可以通過沉積物柱中硅藻化石的特征，來推斷相應的古海洋環境和古氣候條件。

部分花粉和孢子的顯微照片

圖片來源：Johann P. Klages, et al./ Nature

 

還有一些特殊的化學物質，比如烯酮。只有很少數的藻種可以合成這種有機化合物，并且它的種類受溫度直接控制。通過對沉積物柱中烯酮的測定，便可直接來判斷當時藻類生活的溫度，進一步推斷當時的環境條件。

 

 

No.3

為什么“金箍棒”越長越好？

 

為了采集深海沉積物樣品，科研人員一般使用專業的沉積物取樣器，采集到的沉積物呈柱狀，因此被稱作“沉積物柱”。我們前面也提到，深海沉積物數千年累積一毫米厚度，如果要探索越長遠的南極歷史，那么所需要的沉積物柱就要越長。比如，幾厘米的柱子，可能只能記錄幾萬年的歷史，但要重現幾千萬年前的海洋環境，就需要幾十米的沉積物柱！

 

然而想要獲取這么長的沉積物柱，對科學考察的設備是一個極大的挑戰。我國以前采集南極海洋沉積物的采樣器最長為8米，而本次科考首次使用22米長的巨型活塞取樣器，并在宇航員海成功采集到一根中國南極科考史上最長的沉積物柱，18.36米！

 

現場采樣人員與沉積物柱采樣器合影

圖片來源：中國第36次南極科學考察隊

 

 

人類有限的生命里難以參與的日月巨變，在地質證據面前被層層剝離，地球的歷史呈現在大眾面前。一根根沉積物柱，無聲地訴說著地球環境的變化規律，不僅見證了南極的滄海桑田，也為人類研究適合的生存環境提供了可能。期待由中國科學家們帶來的南極歷史故事吧！