揭秘“天湖”納木錯(cuò) “芯”里有什么？

王君波

2020年8月，中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所湖泊與環(huán)境變化團(tuán)隊(duì)首次在青藏高原納木錯(cuò)中心湖區(qū)近百米水下成功獲取144.79米巖芯。什么是巖芯？獲取巖芯有什么用處？巖芯里又藏著什么秘密呢？

“天湖”納木錯(cuò)：氣候環(huán)境信息的聚集地

湖泊作為地球陸地水圈的重要組成部分，聯(lián)系著大氣圈、生物圈和巖石圈，是各圈層相互作用的連接點(diǎn)，是大氣、水、沉積物界面等進(jìn)行物質(zhì)和能量交換的場(chǎng)所。

青藏高原上的湖泊以內(nèi)陸封閉湖泊為主，即湖泊中的水不流出湖盆，而是作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的地理系統(tǒng)存在和發(fā)展。封閉湖泊一般是整個(gè)流域的最低處，因此也是流域內(nèi)巖石、土壤、植被、河流及人類活動(dòng)等信息的聚集地。

科學(xué)家通過(guò)采集湖泊沉積物開(kāi)展相關(guān)分析和研究，可以反推沉積物形成時(shí)的氣候環(huán)境狀況，這就是古氣候和古環(huán)境重建研究。通過(guò)鉆探從沉積物中取出的柱狀樣品就是巖芯。

納木錯(cuò)中心湖區(qū)水上鉆探平臺(tái)（供圖/ 王君波）

“天湖”的巖芯里藏著什么秘密

通過(guò)湖泊巖芯開(kāi)展的不同時(shí)間尺度的古氣候重建研究，可以讓我們深入了解過(guò)去的氣候環(huán)境狀況，并建立相應(yīng)的演化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上通過(guò)氣候模型的運(yùn)算就可以預(yù)測(cè)未來(lái)一定時(shí)間范圍內(nèi)的氣候變化趨勢(shì)，從而為應(yīng)對(duì)氣候變化提供科學(xué)依據(jù)。

由于湖泊分布廣泛，因此在記錄局部地區(qū)或者區(qū)域尺度的環(huán)境變化方面，與其他只在特定環(huán)境下存在的環(huán)境載體如冰川、黃土、樹(shù)木、石筍等相比，湖泊具有一定的優(yōu)勢(shì)。

怎樣才能完成讀“芯”術(shù)

那么，湖泊沉積物中有哪些內(nèi)容可以反映過(guò)去的環(huán)境變化？

這包括沉積物的顆粒大小組成（粒度分布）、密度、含水量、磁化率等物理特征，有機(jī)質(zhì)含量、化學(xué)元素含量、礦物組成等化學(xué)特征，以及一些生物和微生物的化石，如孢粉（花粉）、硅藻、介形蟲(chóng)、搖蚊等，甚至更小的病毒和細(xì)菌。以上這些參數(shù)被稱為環(huán)境代用指標(biāo)，它們可以通過(guò)科學(xué)的方法被測(cè)定，從而知道其具體組成和含量。當(dāng)然，要進(jìn)行古環(huán)境重建，還需要知道沉積物形成時(shí)的年齡，一般可以通過(guò)放射性同位素定年技術(shù)來(lái)確定。

除了納木錯(cuò)之外，過(guò)去30余年來(lái)，科學(xué)家還在包括青海湖、色林錯(cuò)、班公湖等在內(nèi)的湖泊中，采集沉積巖芯并開(kāi)展相關(guān)研究，推動(dòng)了青藏高原古氣候環(huán)境演化研究的持續(xù)發(fā)展。

高山山體三維示意圖

青藏高原科學(xué)考察和研究從來(lái)不缺挑戰(zhàn)。納木錯(cuò)百米水深下百米巖芯的成功獲取，為更大的鉆探計(jì)劃奠定了基礎(chǔ)，讓我們有信心繼續(xù)推進(jìn)納木錯(cuò)國(guó)際大陸科學(xué)鉆探計(jì)劃！

探秘取芯者的成績(jī)單

2020年8月，中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所湖泊與環(huán)境變化團(tuán)隊(duì)在青藏高原納木錯(cuò)中心湖區(qū)近百米水下成功獲取的超長(zhǎng)巖芯，有望重建近15萬(wàn)年以來(lái)的連續(xù)氣候與環(huán)境變化記錄。

此前，中國(guó)高原湖泊最大鉆探深度為青海湖的114.9米（2005年），納木錯(cuò)巖芯鉆探將此記錄推進(jìn)至150米級(jí)別。

本次納木錯(cuò)巖芯鉆探工作，利用自主設(shè)計(jì)和集成的鉆探系統(tǒng)，克服了納木錯(cuò)較大風(fēng)浪的不利影響，獲取了總采集率為96%的高質(zhì)量巖芯，實(shí)現(xiàn)鉆探深度和巖芯長(zhǎng)度的雙突破，創(chuàng)造了中國(guó)湖泊巖芯鉆探的新記錄。