威士忌酒杯冰塊中的氣候變化故事

　　哥本哈根，安徒生的故鄉(xiāng)，一個(gè)充滿童話的城市。上世紀(jì)50年代初初夏的一天，哥本哈根大學(xué)幾位從事地理和古氣候研究的科學(xué)家在一天緊張的工作之余，結(jié)伴來到海邊的小酒館。當(dāng)大家舉起加著冰塊的威士忌酒準(zhǔn)備為實(shí)驗(yàn)的成功歡慶時(shí)，隨著冰塊在酒中融化出現(xiàn)的氣泡引起了一位科學(xué)家的注意。他向同伴們提出了一個(gè)大膽設(shè)想：“如果冰能夠?qū)⒖諝夥獯嫫饋?，我們是否能夠從格陵蘭冰川中找到過去地球大氣的信息?”。這個(gè)對(duì)氣候變化科學(xué)研究有著重大影響的設(shè)想提出，雖然時(shí)間、地點(diǎn)、人物和所涉及的問題都是真實(shí)的，但卻是一個(gè)虛構(gòu)的傳說。
　　傳說中的主人公，現(xiàn)代古氣候冰芯研究之父，丹麥地球物理學(xué)和古氣候?qū)W家威利·鄧思伽德博士在其自傳中是這樣回憶的：
　　1952年6月21日，星期六，天氣涼爽，陣雨預(yù)示著一個(gè)潮濕的周末。我琢磨著“雨水中氧的不同同位素的組成是怎樣的?這種組成是否會(huì)隨不同的陣雨而改變?”我現(xiàn)在擁有一個(gè)能測量這種組成的設(shè)備，做個(gè)試驗(yàn)也不會(huì)有什么損失。我在一個(gè)空啤酒瓶上放上一個(gè)漏斗，然后把這個(gè)“復(fù)雜”的設(shè)備放在后院的草坪上，靜等著雨水的降臨。
　　接下來所發(fā)生的如果不是奇跡，也確實(shí)是千載難逢。鄧思伽德所遇到的是一場幾十年不遇的風(fēng)暴，暴雨整整持續(xù)了兩天!他在用完家中所藏所有啤酒瓶(也可能有威士忌酒瓶)之后，不得不把廚房里所有能夠按雨水的盆盆罐罐都用上了。周一，當(dāng)他帶著所有這些廚房里用的各種器皿來到實(shí)驗(yàn)室時(shí)，所有同事都大吃一驚，都以為他要在實(shí)驗(yàn)室開9ccf1662d4991e14699724a8131f7f1549a43d0fed3003874e7a31586845c46d生日聚會(huì)(附帶說一句，啤酒瓶、誤會(huì)的生日聚會(huì)，這也許就是本文開頭所提到的傳說的來源)!
　　科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，自然界中的氧以三種同位素形式存在(同位素是指具有相同原子數(shù)和同種化學(xué)性質(zhì)，但原子核中有不同中子的化學(xué)元素)，其中氧－16占99％以上，氧－18則僅占0.2％。利用被稱為質(zhì)譜儀的測量儀器，科學(xué)家可以通過對(duì)不同氧分子進(jìn)行稱重來確定他們所含中子數(shù)。鄧思伽德利用質(zhì)譜儀就是想看看來自于不同降雨云團(tuán)雨水中的氧分子化學(xué)組成是如何變化的。對(duì)周末采集的雨水分析后他得出結(jié)論，當(dāng)云團(tuán)上升并冷卻，更重的氧分子(如氧－18)對(duì)溫度下降反應(yīng)更快，比較輕的氧分子(如氧－16)更快凝結(jié)，形成降水落到地面。因此，如果雨水樣品中較重的氧分子占優(yōu)勢(shì)，就意味著大氣溫度較冷?！坝晁醒醯幕瘜W(xué)組成與溫度有關(guān)”這一歷史性的發(fā)現(xiàn)從根本上改變了氣候變化研究的進(jìn)程。在隨后的十多年，他又分析了采集于全球的雨水樣品，進(jìn)一步驗(yàn)證了氧同位素與溫度之間的絕佳關(guān)系。
　　對(duì)格陵蘭島的情有獨(dú)鐘，使鄧思伽德又把眼光投向了冷戰(zhàn)時(shí)期科學(xué)研究的禁區(qū)。第二次世界大戰(zhàn)后，美國為了應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的北極核戰(zhàn)爭，在格陵蘭冰蓋上鉆取了大量冰芯樣品。鄧思伽德提出了利用他在對(duì)雨水中氧同位素分析建立的方法和理論，分析這些冰芯樣品，以重建地球氣候歷史的建議。他的建議獲得了美國科學(xué)家的同意。初期的合作研究并沒有得到國際科學(xué)界的重視。一直到上世紀(jì)70年代末，鉆取新的冰芯揭示出，地球氣候在最后一個(gè)冰河期并不是穩(wěn)定不變的，在過去的8萬年里，溫度突然在幾十年里大幅度上升的事件就達(dá)25次之多。這個(gè)發(fā)現(xiàn)從根本上改變了國際科學(xué)界對(duì)地球氣候變化歷史的認(rèn)識(shí)，確立了古氣候?qū)W研究在全球氣候變化研究中的地位。
　　隨著全球氣候變化研究的深入，利用冰芯研究地球氣候變化的歷史已經(jīng)成為科學(xué)上的經(jīng)典之作。從地球兩極和全球其他地區(qū)(包括我國青藏高原)冰川鉆取的冰芯已經(jīng)不僅僅被用于揭示地球氣溫的變化，對(duì)冰芯中所包含的氣泡空氣含量的分析還揭示了歷史上冰面的海拔高度，氣泡中二氧化碳和甲烷濃度反映出歷史上的大氣溫室效應(yīng)強(qiáng)度，對(duì)冰中所含灰塵和鈣離子濃度的分析，可以揭示風(fēng)暴的強(qiáng)度和歷史上火山爆發(fā)的情況。對(duì)冰芯的鉆取在全球科學(xué)家的共同努力下還在進(jìn)行中，對(duì)所獲取的冰芯分析，將有望揭示出過去100萬年的氣候變化。
　　人們總是說，機(jī)遇往往總是光顧那些有準(zhǔn)備的頭腦。從鄧思伽德的科學(xué)經(jīng)歷我們發(fā)現(xiàn)，偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)往往就在我們身邊。只有時(shí)刻充滿對(duì)新問題不斷追求的激情和敢于大膽嘗試的勇氣，才有可能將其挖掘出來。同時(shí)，我們也看到，鄧思伽德雖然是一個(gè)地理學(xué)家，但涉及領(lǐng)域極廣。在他的一生中，總是不斷與各國科學(xué)家進(jìn)行交流，吸取其他學(xué)科的最新成果為其所用，這最終造就了他成為“冰芯研究古氣候之父”。氣候變化科學(xué)同其他地球科學(xué)一樣，是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)。它的理論來源都依賴于對(duì)實(shí)際現(xiàn)象的觀測和分析，對(duì)許多問題謎底的破解，還有待于更多富有激情的青年人的積極參