近日，“雪龙”号、“雪龙2”号双双凯旋，科研人员们历经三万海里，斩冰破浪，圆满完成中国第36次南极考察任务。如果要总结本次南极科考的亮点成绩，那根长得像“金箍棒”一样的中国南极科考史上最长的沉积物柱，无疑是最吸引眼球的。

中国第36次南极科学考察首次使用22米长巨型活塞取样器

图片来源：央视新闻

 

在大家的固有印象里，南极亘古以来应该都是一个冰封的世界，但最近《自然》杂志刊登的一篇研究论文却颠覆了很多人的认知。该文章指出南极在9000万年前曾是一片温暖的雨林。当时南极的年平均温度达13°，海平面比今天高出170米，二氧化碳浓度至少是如今的2.8倍。这些结果是如何获得的，又与我们今天要讲的这根“金箍棒”有什么关系呢？

白垩纪中期，南极雨林复原图

图片来源：Johann P. Klages, et al./ Nature

 

No.1

“金箍棒”从哪儿来？

 

这就要从海洋沉积物说起了。海底的沉积物其实主要来自于上层海洋掉落的生物尸骨、便便以及从陆地飘到海洋的尘埃。上层海洋里的这些物质在穿过上千米的海水层时，很大部分会被微生物利用，或者自行化学分解。事实上，仅有极少颗粒物能经历重重“考验”最终到达海底，并一层层叠加、覆盖，形成海底沉积物。一般最表层的沉积物，可以认为是近期形成的，而越深层的沉积物，距离现今的时间越长。

年龄较老的沉积物在下，较年轻的沉积物在上

图片来源：James Hutton, et al./ James Hutton's System of the earth

 

在深海中，海底沉积物累积过程十分缓慢，有时几千年才能增加一毫米的厚度。虽然过程极慢，但这些沉积物却记录了很多当时气候和环境的信息。就这样，深海沉积物作为地球的“日记本”，帮我们完整地记录了地球从古至今的环境变化。每个海域的沉积物，都可以反映海域生态环境对气候以及人类活动的响应。这根中国南极科考史上最长的“金箍棒”便来自于南极的海底沉积物。借由这根“金箍棒”，我们不仅可以解密南极古气候变化规律，还可以更好地了解人类活动（比如向大气排放二氧化碳）对极地环境的影响。

 

 

No.2

解密“金箍棒”

 

在我们看来平平无奇甚至有些脏兮兮的“泥巴”，在科学家眼里却蕴含着解开南极历史的密码。科学家们可以通过分析沉积物里面的放射性同位素，古生物化石，生物标志物等来反演不同地质时期的古海洋环境和古气候条件。

 

首先，我们需要知道不同深度的沉积物的年龄。其中的“天然放射性核素”是最好用的海洋沉积物测年手段之一。人们可以用它们测定不同的沉积层、化学沉积物以及沉积物柱中残存的生物体的年龄，从而判断沉积物柱不同片段所处的年代。任何放射性核素，只要半衰期适宜，理论上均可用于测定沉积物柱的年龄。我们需要做的，就是选取合适的尺子去更好地衡量。

不同放射性核素的适宜定年范围

图片来源：Dickin, et al./ Radiogenic Isotope Geology

 

其次，众多被尘封在沉积物中的生物，如花粉、孢子、树根等，均可以给我们带来不可思议的信息。高纬度地区代表性的硅质沉积物，即为硅藻的残骸。硅藻在生长的时候，它的种类、数量还有组合特征等等，都会因为水体的物理、化学条件的差异而不同 , 所以可以通过沉积物柱中硅藻化石的特征，来推断相应的古海洋环境和古气候条件。

部分花粉和孢子的显微照片

图片来源：Johann P. Klages, et al./ Nature

 

还有一些特殊的化学物质，比如烯酮。只有很少数的藻种可以合成这种有机化合物，并且它的种类受温度直接控制。通过对沉积物柱中烯酮的测定，便可直接来判断当时藻类生活的温度，进一步推断当时的环境条件。

 

 

No.3

为什么“金箍棒”越长越好？

 

为了采集深海沉积物样品，科研人员一般使用专业的沉积物取样器，采集到的沉积物呈柱状，因此被称作“沉积物柱”。我们前面也提到，深海沉积物数千年累积一毫米厚度，如果要探索越长远的南极历史，那么所需要的沉积物柱就要越长。比如，几厘米的柱子，可能只能记录几万年的历史，但要重现几千万年前的海洋环境，就需要几十米的沉积物柱！

 

然而想要获取这么长的沉积物柱，对科学考察的设备是一个极大的挑战。我国以前采集南极海洋沉积物的采样器最长为8米，而本次科考首次使用22米长的巨型活塞取样器，并在宇航员海成功采集到一根中国南极科考史上最长的沉积物柱，18.36米！

 

现场采样人员与沉积物柱采样器合影

图片来源：中国第36次南极科学考察队

 

 

人类有限的生命里难以参与的日月巨变，在地质证据面前被层层剥离，地球的历史呈现在大众面前。一根根沉积物柱，无声地诉说着地球环境的变化规律，不仅见证了南极的沧海桑田，也为人类研究适合的生存环境提供了可能。期待由中国科学家们带来的南极历史故事吧！