一列冰芯
12月1日是世界南极日，对于南极这片充满神秘色彩的冰天雪地，不知屏幕前的你可曾畅想过，身披厚实的羽绒服，手持先进的科考设备，穿行于呼啸的狂风中，一窥属于冰川的悠远故事？借此机会，我们一同揭开冰川这位“冰山美人”的神秘面纱，了解深埋于冰雪世界中的地球历史。
如何了解冰川
地质年代
冰川同岩层一样，二者都是通过其身躯刻印下不同年代的地质特征。
岩层是作层状分布在地层中的岩石。是指由同一岩性组成的，有两个平行或近于平行的界面所限制的层状岩石。在不同的地质年代形成的岩石，其岩性有所区别，层层堆积从而形成分层状的地层，就像一本历史书，分为许多章节，供人们翻阅。
冰川亦是如此，其形成是由于一定的固体降水和常年的低温，低温使得固体降水不会完全融化，从而得以堆积留存，积累而成冰川。因而，冰川的分层也可以反映对应年代的冰川表面的气候、生物活动、理化性质等诸多特征。
那么，我们要如何阅读冰川这本“大书”呢？答案是：冰芯钻取。
冰芯是从冰川钻取的圆柱形雪冰样本。冰芯包含了一系列不同年代的冰样本，可长达超过两英里（3.2千米），跨越80万年的尺度，温度低于50℃且压强大于34MPa。相较于其他可提取过去气候特征的介质（珊瑚沉积，黄土，深海岩芯，沉积岩等），冰芯具有保真性好（低温环境）、分辨率高（精度可达年）、记录序列长（长达数十万年）和信息量大的特点，因而受到科学家的青睐。
钻取到的冰芯，我们有多种定年分析方法，主要有层位法、参考层法、放射性同位素法、理论模型法、轨道调谐法、相似比较法，各有优劣。
随着科学技术的不断发展，对冰芯的钻取和分析能力也在不断增强，使得我们能够更加“深”入地理解这片大地埋藏在冰雪之下的故事。下面就让我们来一窥一二。
一列从冰芯复制装置中出来的冰芯
上图冰芯复制系统的探针
冰川告诉我们什么
温室气体含量
冰川的形成与消融和温室气体息息相关。历史上第一个冰河期——休伦冰河期的形成，就与当时温室气体CO2被石灰岩吸收和甲烷被氧气氧化有关。虽然从冰芯记录读取不到那么遥远的历史，不过也足以一定程度上反映近十几万年全球温室气体含量的变化。
南极东方站的冰芯可将大气中CO2浓度记录追溯到16万年前，对其的研究显示，CO2在暖期内高，冷期内低；南极赛普尔站和BHD冰芯证实，1740工业化前的300年中，CO2浓度一直相对稳定在270-290×10-6ppm，工业化以后显著上升到324×10-6ppm，肯定了人类活动对大气中碳通量的强烈影响。
对其他温室气体能获得的资料远不及CO2丰富，CH4和N2O精确测试的连续记录只能追溯到约一千年。记录显示，这两种温室气体的含量在工业革命以后也有显著上升，而在此之前，CH4曾保持稳定长达千年之久。
过去1000年两极冰芯中
主要温室气体含量的变化
微生物DNA
冰川的生物量很低，极寒条件不适合几乎所有生物的生长。不过，也是得益于寒冷的环境，极少量的生物痕迹也得以完好保存。
长期以来，人们视冰川为“无菌”环境。然而，随着PCR基因扩增技术在冰芯研究中的应用，这一传统观念被打破。对北极一冰芯样品的基因扩增结果，得到120个属于57个分类群的克隆体，其中包含真菌、植物、藻类和原虫等多种微生物。青藏高原的冰芯中也分离出一些细菌和放线菌，并且研究指出，其细菌丰度与指示农业发展水平的NH4+浓度正相关，反映了人类活动对于冰川微生物具有一定影响。
冰川表面的微生物
正如前文所述，冰川并非没有生物存在的不毛之地，一些微生物沉睡在冰芯之中，他们可能来自遥远给过去，对于今天的地球而言，宛如悬挂在所有生物头上的达摩克里斯之剑。一旦气温升高，冰消雪融，一些细菌或病毒被释放出来，随着大气循环或人类活动进入生物圈，有可能会危及某种现代生物生存。可以说，冰川好比一座庞大的生物武器军火库，而开启它的钥匙——就掌握在人类的手中。
极地环境污染
北极地区雪坑有机污染物的报道早已有之。例如，加拿大北极地区发现了本不应存在于自然环境的DDT、PCBs、HCH和PAHs等多种有机污染物。它们主要来自工业氯化有机质和杀虫剂，以及化石燃料及化学工业。
除了有机污染物，重金属也在极地地区有所检出。一项对新奥尔松（挪威斯瓦尔巴德群岛北部的科考小镇）地区的研究表明，过去100年来,沉积剖面中的重金属元素含量快速升高,其中重金属元素Pb、Cd、Hg和Se污染相对较为严重,并存在显著的富集现象,这些污染主要与新奥尔松地区的汽油发电、煤矿开采、站区影响、北极旅游以及污染物的长距离传输有关。
此外，两极放射性污染问题也令人担忧。冰川积累了大量来自核事故和武器试验的放射性核素沉降物，50年代和60年代大气核实验之后,固定在雪中的放射性污染物证明了这一点，有时其放射性浓度达到了核禁区及试验场以外所见的最高。
勒蓬廷阿尔卑斯山的格里斯冰川，
其冰晶体石放射性含量特别高
以上种种污染，说明冰川早已不再是人们想象中的“无罪净土”，人类活动对自然的伤害，已然深深烙印在冰川圣洁的躯壳上。
火山与超新星活动
毁灭庞贝古城的维苏威
火山大爆发想象图
火山活动乍一看与冰川毫无关联，是“冰火不容”，实则不然。大规模的火山活动可以造成同一时期全球气候的重大变化，这也会反映在冰芯记录中。冰芯中揭示火山喷发信息的指标包括SO42-浓度、H+浓度和火山灰。如近2000年来格陵兰冰芯记录的69次过量SO42-浓度事件中，85%与文献记录的火山喷发相吻合，其余15%为文献未记录的火山活动。
既然冰火之间也能产生关联，那么天上的超新星和地底的冰芯似乎也可以有所照应。超新星爆发时会产生大量的X射线，这些射线会使大气中产生大量的NO，NO则是NO2和NO3-的前身，从而超新星爆炸事件后的冰雪沉积层中会形成明显的NO3-浓度峰值。最近的天文学研究发现，南极冰芯中有四个远高于背景浓度的NO3-峰值，它们分别与对应年代的超新星爆炸事件相对应。
超新星爆发
小结
综上所述，冰川这位“冰山美人”，不仅外表楚楚“冻”人，而且学识渊博，精通地球历史。通过与她的约会，我们仿佛回到了二十四亿年前的休伦冰河时期，信步迈向将于公元50000年到来的新冰期，见证了地球上生物的兴衰，温室气体的消长，地上的火山与天空的超新星一次次爆发，以及人类诞生以来对自然造成的创伤……欣赏她，呵护她，保护极地环境，也是保护所有生命赖以生存的地球村。