大氣的時空膠囊 萬年冰芯解開遠古氣候之謎

文／Louis Wei    圖／達志影像、美聯社

今年1月14日，一座全新的「圖書館」在南極洲的科學考察站「 康弘站」 (Concordia Station) 啟用；這座全世界最「 酷」的圖書館，不藏書刊也沒有影音資料，蒐集的是一根根的冰芯 (Ice Core)，也是從古至今環境和氣候的樣本，成為記錄地球氣候的資料庫。

只藏冰芯不藏書
全球首座最酷的圖書館落成

存放冰芯的地方稱為「冰記憶保護區」 (Ice  Memory  Sanctuary)，由「冰之記憶基金會」 (Ice  Memory Foundation) 啟用， 旨在保存來自世界各地的高山冰芯樣本。由冰之記憶基金會、法國格勒諾布爾阿爾卑斯大學 (University of  Grenoble  Alpes)、義大利威尼斯卡福斯卡里大學 (Ca’Foscari University of Venice) 共同發起「冰記憶計畫」， 首批存放的兩根冰芯，即來自法國的白朗峰和瑞士的大孔班山 (Grand Combin)。

法國「國家科學研究中心」(Centre National de la Recherche Scientifique, CNRS) 指出， 冰 記憶保護區位於緊密的雪層表面下5公尺，為長35公尺、寬5公尺、高5公尺的地下洞穴。保護區由法國與義大利共同設計建造，啟用前經過多次測試， 以確保保護區能使用至最大年限， 並遵守《馬德里議定書》(Madrid Protocol)，將挖掘保護區的工程對南極洲環境的影響降至最低；初步環境評估於2024年獲得南極條約體系 (Antarctic Treaty System) 的許可，利用極地全年維持在攝氏零下52度左右的天然低溫運作和保存，不需依賴人工電力冷凍設備，冰芯的保存和處理過程會確保樣本不受環境波動而影響，也不會被汙染。

千年冰層推積
冰芯雪藏氣候密碼

冰芯是從冰蓋 (Ice Sheet) 或冰川底部垂直挖掘出的圓柱狀冰柱，大多數的冰芯來自格陵蘭和南極洲，也有部分從高山上的冰層取得。隸屬於美國國家海洋暨大氣總署 (NOAA) 的美國國家冰雪數據中心 (National Snow and Ice Data Center, NSIDC) 指出，未融化的雪經過數百甚至數千年不斷堆積，從蓬鬆的粉狀變成稱為「粒雪」(Firn) 的堅硬冰層。

在新的積雪覆蓋積壓下，粒雪層經壓縮變得緻密，先形成多孔冰，接著變成堅實、幾近透明的冰，最後形成冰川和冰蓋。降雪時，常在花粉、灰塵、煙霧或火山灰等懸浮微粒附近結晶，因此保留了每片雪花從天而降時的氣候細節。隨著粒雪被壓縮，空隙中的空氣也被困在冰層中，科學家可從這些微小的古老氣穴中，採集二氧化碳和甲烷等溫室氣體樣本，讓科學家得以重建地球超過 80 萬年前的氣候和大氣組成，冰芯也因此被稱為「大氣的時空膠囊」。

提供南極冰川、冰架、冰芯和氣候變遷等科學資訊的教育和科普網站「南極洲冰川」(Antarctic Glaciers) 指出，一根冰芯中蘊藏大量訊息，包含過去的溫室氣體和氣溫。

科學家鑽探冰層
三大冰芯鑽取技術

歐洲科學研究項目 Beyond EPICA於2025年在南極洲東部的「冰穹 C」(Little Dome C)向下鑽探將近2.8公里取出冰芯樣本，初步分析該樣本保存的氣候紀錄跨越120萬年。美國國家科學基金會 (National Science Foundation)資助的多機構研究中心「最古老冰層探索中心」(Center for Oldest Ice Exploration, COLDEX) 2025年底在南極洲東部艾倫山 (Allan Hills) 發現了迄今為止，世界上直接測定年代最古老的冰芯，其冰層可追溯至600萬年前。

美國國家冰雪數據中心指出， 科學家從1960年開始就從南北極地、美洲和歐亞大陸挖取冰芯。冰之記憶基金會過去十年在俄羅斯阿爾泰山區 (Altai)、法國阿爾卑斯山多姆山 坳 (Col du Dôme)、玻利維亞安地斯山脈的伊利馬尼峰 (Illimani) 等地鑽取冰芯。

鑽取冰芯使用懸掛於地面纜線的獨立式鑽孔設備，主要技術依據冰層條件與鑽探深度分為三種。若想取得20 ∼ 30公尺較短冰芯，可以使用手動螺旋鑽 (Hand  Auger)；若需要40公尺以上的冰芯，或深入冰層，則採機械鑽孔法 (Mechanical  Drill) 或熱力學鑽孔法 (Thermal Drill)，依據冰層不同條件選擇合適技術，確認冰芯樣本完整與年代判讀準確性。

全球暖化危機
與時間賽跑的冰芯採集

然而，氣候變遷也讓冰芯採集面臨挑戰，全球暖化讓冰川快速消融。瑞士氣候學家、冰之記憶基金會董事長斯托克 (Thomas Stocker) 接受非營利的獨立新聞媒體《The Conversation》訪問時提到冰記憶長期計畫的迫切性。

斯托克表示，「為了讓後世的科學家有更多研究樣本來解答疑問，我們必須加快腳步。」科學期刊《自然》(Nature) 近期刊登一篇文章，預測消失的冰川數量將會增加，到2040年全世界一年內消失的冰川數字將達最高峰。此後冰川的數量將會下降，一座一座從地球表面消失，珍貴的環境檔案因此被破壞。

斯托克指出，阿爾卑斯山溫度上升的速度是全球平均值的兩倍。因此，採集冰芯像和時間賽跑，需要在夏季冰川表面的融水還沒穿透冰層時採集。

英國劍橋大學地球科學和英國南極調查局 (British Antarctic Survey) 的博士研究生莫瑟 (Dorothea Moser) 帶領一支國際科學家團隊進行新的研究，探討南極洲冰川融化對冰芯造成的影響。莫瑟表示，冰芯含有關於過去氣候如何變遷的寶貴資訊，若某一年氣溫升高，冰就會融化，導致有用的化學資訊經過冰層向下移動，其所保存的氣候訊號順序就會大亂。因此，研究冰芯的科學家通常會避開融化層，但莫瑟的博士研究就是要試著了解融化層的普遍性和對氣候重建的影響，以及如何處理此問題。

莫瑟坦言，氣候科學家長期以環境紀錄來理解人類造成的全球暖化，紀錄顯示當前的氣候變遷，比地球過去經歷過的變化都來得更快、更劇烈，使得目前的人為氣候危機更加危急。

【更多精彩內容請見《能力雜誌》2026年4月號，非經同意不得轉載、刊登】