ScienceDaily — 在今日，氣候的改變是不爭的事實，但我們如何透過這些改變來預測未來是否變得更加危險？也許我們便需要一種能夠完整地保存地球過去在經歷氣候變化時大氣狀態的記錄，好讓我們能夠在實驗室裡面加以分析。幸運地，這樣的記錄工具的確是存在的，位在北極與南極地區的冰帽裡，便藏有這樣的寶貴資料，而來自歐盟科學基金會的科學家們現在正透過這些儲存在冰塊裡的資訊，一步步的揭開地球氣候變化的秘密。
圖1. Ice core from the EPICA deep drilling (--3264.75 m) at Dome C, Antarctica.
圖2. (Photo courtesy of the British Antarctic Survey Press Office)
圖3. Montage of photos taken during experimental ice core drilling in Greenland, 2005. Taken from Riebeek (2006b). （圖片來源：http://www.emporia.edu/earthsci/student/tinsley1/webpage1.html）
圖4. The European EPICA bore project at Dome C in the middle of Antarctica.
來自瑞士 Bern 大學的 Thomas Stocker 教授，他是 EPICA（European Programme for Ice Coring in Antarctica）裡面的其中一位研究員。他說到 EPICA 與 ESF- European Commission（歐盟執委會）聯手獲得了來自十個國家的預算挹注，使得歐盟成為冰核研究領域中的牛耳，特別是鑽探技術設計的提升使他們如今已可以取得長達 3.8 公里的連續冰核樣品。
EPICA 的研究成果並同時獲得許多重要期刊，如《自然》及《科學》的刊載，這足以證明其重要性與影響力。我們知道在格凌蘭（Greenland）或南極地區都會降雪，當雪從天而降而堆積在地面之後，由於當地的氣候條件實在是太過寒冷，因此這些積雪並不會融化。在這些地方的積雪有時候會因為降在冰河（glacial）上而隨之移動，不過在某些地方卻能發現年代可以追溯到數十萬年前的古老積冰。這是因為雪一層一層的往上堆積，加上這些雪又不會融化，因此使下方的雪因自身重量的關係轉變成積冰。
圖5. 被冰封在冰核中的氣泡
如果能將這些冰核給鑽探出來，那麼便能得到過去接近一千年左右的歷史。這些冰塊當中均含有過去時間所發生的資訊。而這些資訊均來自於被困在這些冰塊當中的小小氣泡裡面，因為我們可以從這些氣泡當中分析出古代大氣成分的數據與資料。甚至還可以在冰核中看到古代火山噴發時所遺留下來的火山灰層。保存在冰核當中氧的同位素（isotope）比例就像一支虛擬的溫度計，它可以告訴我們當時的氣溫狀況。當水分子含有比較重的同位素時，便呈現出較低的蒸汽壓，較重的水分子凝結的速度會比正常重量的水分子來得快。因此便能利用在冰核中同位素的相對濃度來換算出當時發生凝結時的溫度。（也就是說如果在冰核裡面發現比較輕的同位素 ─ 也就是氧 16 ─ 存在較多時，當時的氣溫比較冷）
圖6. Ice Age
圖7. Graph of CO2 (green), reconstructed temperature (blue) and dust (red) from the Vostok ice core for the past 420,000 years.
Stocker 教授說：「在過去十年來，歐洲發展出來的冰核鑽探技術與科學的確是該領域中的佼佼者。這也使得我們現在有了過去八十萬年以來連續性的氣候歷史，這真的得感謝 EPICA 以及其他歐盟參與者的貢獻。」
這些冰核直接反應了天氣的爭論議題。Stocker 指出，空氣泡泡可以讓我們去測量存在於從天而降的雪花所形成之冰核空氣中的甲烷以及二氧化碳含量。尤其以二氧化碳來說，他是造成全球溫室效應的主要溫室氣體。所以很明顯地，現在地球上面的二氧化碳含量是在數十萬年中最豐沛的。相較之下，在 Hawaii 地區製作且是目前最常被使用來直接測量大氣中二氧化碳的方法卻只能回溯到 1958 年的資料而已。因此 Stocker 說：「所以 EPICA 現在得到的結果等於是提供了一個現今氣候爭論的基石。」
EPICA 對於從南極鑽取來進行研究的兩個深層冰核是有責任的。這兩個冰核一個來自於一個稱為 Dome C 的地方，而另一個則是來自 Queen Maud Land 的 Kohnen 研究基地。在 Dome C，冰核鑽取的深度達到 3270 公尺，在 2004 年 12 月就在距離底部岩層上方 5 公尺時停止鑽探。這是因為在那麼深的岩層上方處，由於冰層巨大的壓力使位在那邊充滿著液態的水，因此鑽探必須停止，以免這些水污染了冰核樣品。而位在 Kohnen 基地的地方，鑽探深度達到 2774 公尺，而鑽探的工作在 2006 年 1 月停止，從那邊取出來的冰核估計大約有十五萬年的歲數。
圖8. 在南極大陸的 Kohnen 與 Dome C 相對位置
目前正在執行一項稱為 NEEM 的計畫，這是 North Greenland Eemian Ice Drilling 的縮寫，Eemian 是出現在地球歷史當中的其中一次間冰期。這個溫暖的週期大約在十三萬年前到十一萬五千年前之間，這個時期相當類似於地球即將出現的溫室效應，在當時全球的海平面比現在高出七公尺左右。NEEM 計畫是屬於 IPICS（International Partnership in Ice Core Sciences）計畫當中的一部份。在 IPICS 計畫當中有一個目標就是在格凌蘭島上找尋最古老的冰，也許位置就位在島嶼的西北方，也許我們就可以在比對後得到地球南北極完整的歷史故事。
圖9. NEEM 計畫正在執行冰層的鑽探任務
Stocker 教授最後提到，研究團隊認為伴隨這些溫室氣體所出現的氣候異常現象已是相當的明顯，換句話說，溫室氣體濃度的不斷上升便是造成全球氣溫升高最主要的主因。還好有了這些分散在全球各處的「冷藏冰核」資料，才能如此完整的告訴我們溫室效應整件事情的來龍去脈。
Adapted from materials provided by European Science Foundation.
原始報導：
ScienceDaily：Reading Past Climates From Ice Cores
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1. ScienceDaily：Oldest Antarctic Ice Core Reveals Climate History
2. ScienceDaily：Ice Cores Reveal Fluctuations In Earth's Greenhouse Gases
特別感謝：
特別感謝美麗又聰明的 vicheer 在翻譯上給予的指導與文辭上的修正！XD
相關連結：
1. Wikipedia：Ice Core，冰核