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终于人们解开了南极洲气候变化的奥秘

Антарктида
© Форпост Северо-Запад

本季,前往位于白色大陆的俄罗斯研究站东方号(Vostok)的科学家人数将达到自苏联时代以来的最高水平——共计 12 人,其中 7 人代表圣彼得堡矿业大学。《前哨站》请大学校长弗拉基米尔·利特维年科谈一谈极地探险者面临的挑战,也解释了在地球上最寒冷的地方进行的研究是否真的能帮助人类减少碳足迹。

-弗拉基米尔·斯特凡诺维奇(Vladimir Stefanovich),矿业大学的员工每年都会派遣学员去南极洲这个项目以及持续了 50 多年。为什么大学需要它?为什么如此关注点在这?

Литвиненко
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- 东方研究站成立于 1957 年,当时正值苏联第二次南极科考期间。随后,科学家们同时面临多项任务——评估大陆饮用水的储量,进行地球物理和冰川学调查。矿业大学的专家被委托开发冰井钻井技术,没有这些技术接下来的任务就不可能完成,并且还要求在此基础上创造出有效的设备。

该项目由我们的传奇教授鲍里斯·库德里亚绍夫 (Boris Kudryashov) 领导。今天,东方的一个钻井综合体以他的名字命名,这个名字被应用于世界各国的地理地图。这表明他对南极洲研究的贡献以及俄罗斯,特别是矿业大学在极地研究方面的领导地位得到了国际认可。毫不夸张地说,半个多世纪以来,我们一直在那里以世界最佳实践水平进行科学研究。他们取得的结果令人印象深刻。

而且,应该明白,这里不仅仅是一个科学试验场,更是人类生存最不利的环境。在如此恶劣的气候条件下,只有我们俄罗斯科学家成功地在冰盖中钻出了最深的井。这使得有可能在 2012 年和 2015 年两次渗透到大陆上最大的冰下湖 Vostok,该湖与地球大气层隔绝了数百万年,并从其上层地平线采集水样。

Восток
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- 南极洲的研究主题引起了读者们极大兴趣,而是因为它看起来像是一次伟大的冒险。此次探险有什么科学意义?

- 事实是南极洲的覆盖层是由大气冰组成的。它是由固体降水——数十万年来从天而降的雪晶形成的。它们永远不会融化,因为即使在众所周知的南半球从 12 月开始的夏天,那里的温度充其量也只有“零下 20-25 度”。也就是这些雪年复一年地积累,凝结成冰,然后变成冰,从大陆的中心逐渐向边缘扩散。表面上的那一层是现代的,它越低越古老。在某些深度,它的年龄超过40万年。如果你研究它的组成,你就可以了解那个时代的大气中发生了哪些事件,以及它们导致了什么后果。

Антарктида
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因此,我们从沃斯托克湖上方一个深度超过 3700 米的井中采集的岩心使得在确定碳循环及其对地球气候的影响方面获得可靠的结果。他们的研究揭示了全球气候变化与大气中二氧化碳 (CO2) 和甲烷 (CH4) 的浓度之间存在密切关系。此外,这种联系首先在这四个 10 万年气候大周期中展开了探寻。后者已成为温室气体作为最初微弱气候变化放大器作用的无可辩驳的实验证据。那些由行星轨道参数的周期性波动以及一年中不同季节不同纬度进入地球表面的太阳能量的相关变化引起的。

这些模式是我们和北极和南极研究所的科学家一起建立的,但它们只记录了实际状态。也就是说,它们没有回答人类面临的主要问题:接下来会发生什么?今天,我们的专家在跨学科层面确定了几个研究对象,以获取有关碳循环对地球气候影响的新资讯。他们将为做出最准确的预测提供最精准的数据。

例如,我们正在谈论对冰下湖生态圈和影响地球磁层的深层现象的研究。即在地磁场上,这是一个复杂且极不均匀的等离子体系统,会产生和传播各种类型的电磁振荡。迄今为止,科学只有这些物理过程的初步模型。通过在基岩上钻一口井并在井底进行现场研究,我们将能够提高这些复杂物理过程的测量质量,并获得可靠性不同的科学结果。

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- 你说戈尔尼科学家已经确定了全球气候变化与大气中温室气体浓度之间的密切关系。包括二氧化碳。这是否意味着二氧化碳真的是我们的敌人,我们必须竭尽全力实现碳中和?

- 碳是地球上生命的基础。众所周知,在学校进行光合作用的过程中,树木吸收二氧化碳并释放出我们呼吸的氧气。产量取决于大气中二氧化碳的浓度,也就是说,它在空气中的存在使我们能够战胜饥饿和贫困,这是联合国可持续发展目标之一。

我们的整个文明、我们的整个经济都建立在碳的基础上。我们需要碳,没有它我们就不是这个星球上的居民。矛盾的是,它也是我们文明中最严重的问题,因为它确实严重影响了气候。

它是宇宙中第四丰富的化学元素。在太空中,它是在强烈的太阳风从红巨星、碳星表面吹走大量物质时形成的。在地球上,大部分都存在于岩石中——大部分的碳都集中在那里。其余的存在于海洋、大气、植物、土壤和化石碳氢化合物燃料中的一小部分。

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- 如果我的理解是正确的,那么自然因素,例如火山爆发,对大气中二氧化碳浓度的影响比人类活动强得多?

- 在我们看来,气候变化确实主要基于自然因素。我们对磁层中发生的现象、地球的深层热力学过程了解多少?只有一件事:我们知之甚少。构造板块的运动,碳从内部渗透率的转变不仅会改变温度,甚至会对地球产生灾难性的影响。

让我们记住过去发生了哪些严重的气候变化。比方说,在从非常温暖的白垩纪到冰川更新世的时期。这是科学事实。但是,正如我们所知,没有发电厂或带有内燃机的汽车当时并不存在。

地球呼吸,释放二氧化碳、氢气和许多其他气体,是缓慢碳循环中的一种恒温器。几乎所有大陆都有圈闭地下喷发的大规模深部过程对全球气温产生了巨大影响,这一点已被科学证明。一系列化学反应以及我们现在正在目睹的构造变化,因为我们可以观察到火山的明显活化,促使二氧化碳从深处排放到大气中。它们的体积是人类排放量的十倍。而且,这是一个复杂而封闭的过程。然后碳返回岩石圈,通过各种途径到达那里,包括雨水。

我理解许多专家、政治家、活动家和普通公民对减少人为对自然的影响的必要性的担忧。我完全同意。当然,我们必须引进有效吸收温室气体排放的技术。但是,认为它们在大气中的浓度增加完全或主要是由于热电厂燃烧碳氢化合物的观点是非常值得怀疑的。

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© Форпост Северо-Запад / Данил Сербин

温室效应的物理学表明,如果空气中不含二氧化碳,全球气候将明显变冷。正是碳循环与臭氧层相结合,将全球温度保持在一定范围内。其背后的主要因素是发生在地球内部的热力学过程。这就是为什么我们需要获得关于它们及其对气候变化影响的新的基础知识。

- 让我们回到圣彼得堡矿业大学的科学家们面临的任务......

- 我们的研究对象首先是南极东部和中部冰盖下的地热流动。南极板块是独一无二的。它与其他六个板块接壤,并被冈瓦纳(南半球的一个古老的超大陆,包括今天的非洲、南美洲、南极洲、澳大利亚和新西兰 - ed。)的崩塌所包围。洋中脊。了解地壳和南极板块上地幔的热结构对于理解冈瓦纳古大陆从晚中生代到现在的解体和板块运动过程至关重要。在强大的冰盖条件下很难做到这一点。没有我们的井,就无法研究地壳的地质和真实的热流。

南极热流的现有估计是基于卫星磁数据。许多科学家认为,南极洲西部冰盖下地热流的空间变化有所增加。我们研究的主要目标是岩石学和地球动力学信息,特别是关于岩石圈温度和厚度的信息,至少基于在井中获得的地震波速度数据。今天,世界上没有其他国家有这样的机会。迄今为止,俄罗斯科学家是世界上唯一能够在这样的深度和条件下钻探的人。

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关于南极冰盖下地热场的新知识对于人类理解深层构造过程以及地球碳在二氧化碳排放中的作用具有重大意义。这对于避免在选择社会经济发展战略时出现错误极为重要。

此外,我们的研究将使我们了解是否有可能将氢提取为矿物;氢细菌是否能够作为碳氢化合物中的有机物;阐明石油和天然气的起源,甚至质疑它们可以耗尽的说法。

- 有人在帮助大学吗?

——当然,单独进行这样的研究几乎是不可能的。我们积极让来自国外的合作伙伴参与我们的工作。我希望在一年内,我们将组织一次有来自六个国家的科学家参加的对东方站的认真考察。除了矿业大学本身,南极科学研究的发起者还有NOVATEK公司、PhosAgro公司,北极和南极研究所积极参与。

教育和科学部首次为地方研究提供支持。在此之前,它已经作为观察员将近 20 年了。同时,基础自然资源和环境部不参与,只资助俄罗斯在南极洲的存在。我相信我的科学家,他们是真正的矿工。我们有兴趣合作,并邀请其他国家的同事加入这项独特的研究,共同谋划未来的长久发展。顺便一说,这个季节会有一位来自韩国的专家抵达东方站。

基于两颗 NASA 卫星获得的信息,对碳循环的研究被称为“净初级生产力”。他们对有关碳足迹对气候变化影响的信息的垄断使我们无法评估调查结果的可靠性和测量的质量。因此,非常重要的是,我们不能从第三方出版物中获得必要的数据,而是借助大量俄罗斯卫星以及我们自己对东方湖的岩心、水样和底部沉积物的研究。所有这些都将在地球物理过程对碳循环的影响领域提供新的知识,从而对气候变化产生影响。