从冰上拉动气候科学的冷战项目


1961年 – 在他成为哥伦比亚广播公司新闻的主持人之前的一年 – 沃尔特克朗凯特参观了格兰德冰盖上不寻常的军事大院 – 世纪营。 Camp Century在冰雪下雕刻,拥有一条主要街道和预制房屋,可容纳250名士兵和科学家 – 所有这些都由一个小型核反应堆提供动力。为了实现这一目标,Cronkite在冰盖的边缘经历了“wanigan”的多日运输 – 一辆加热的绝缘拖车挂在一辆巨大的卡特彼勒拖拉机上,该拖拉机以慢行人的速度行驶。

Cronkite的电视报道在基地的规模和大胆上睁得大大的 – 有一个餐厅,一个教堂,甚至是一个名叫Jordon的理发师的剪发服务。当Cronkite询问Camp Century的指挥官汤姆埃文斯关于他的目标时,埃文斯喋喋不休地说:“第一个是测试有希望的极地建筑新概念的数量。第二个是为这个新核电站提供真正实用的现场测试。最后,我们正在建设Camp Century,以便在格陵兰岛内部提供一个良好的基地,科学家们可以在那里进行研发活动。“

摘录自 世界尽头的冰:格陵兰的埋藏过去和我们危险的未来的史诗之旅,Jon Gertner。在亚马逊上购买。

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当埃文斯与克朗凯特谈话时,一些在世纪工作的研究人员和士兵都意识到他的答案并不完全是直率的。在埃安斯没有讨论的营地还有另一个项目。在距离主营地大约四分之一英里的冰下战壕中,一名陆军军团工程师正偷偷在平板轨道车上移动大量生铁 – 数千磅的原始金属意味着接近中程弹道导弹的重量。

几十年后,在Camp Century被遗弃之后很久,就会发现美国军方正在提出一种叫做冰虫系统的东西:600枚弹道导弹的核武库,向苏联训练过,这种导弹将由格陵兰冰盖下的铁路。冰虫从未建成。军方很快就明白营地世纪注定要失败。他们承认,充其量只会持续10年,此时雪的覆盖层将压在屋顶上,压缩墙壁,从而破坏它。

Camp Century是冷战偏执和怪癖的完美典范:一个不可能的前哨,建造成本高,难以维护,并且生活在内部令人不快。具有讽刺意味的是,Camp Century也是一个受启发的历史性工程实验的场所。这恰好是美国陆军对此并不关心的实验。事实上,在Century Century进行的研究项目的重要性几十年来都不会被真正理解。

它就在那里,位于冰雪表面以下数十英尺的洞穴中,科学家正在完善一种新方法,让他们能够阅读地球的历史。少数冰川学家已经开始了解冰盖可能包含了很久以前的事件和温度的冻结档案 – 它以一些尚未被破译的方式加密,并带有过去的代码。

这段代码在几千年前倒下的雪晶中被锁定在冰中。工作的假设是,通过钻入冰层,你可以拉出一个样本 – 一个被称为核心的冰柱 – 并使用实验室工具来解开过去的谜团。你钻得越深,你回来的时间就越远。

“军队允许我们与他们一起逍遥法外,”负责编译和分析Camp Century冰芯的地质学家Chet Langway回忆道。由于军队保持了营地用于科学研究而非核导弹研究的外观,因此Camp Century的官员欢迎向游客展示钻探人员应该做些什么的前景。 Cronkite参观了钻井项目的早期阶段。 “如果你愿意的话,我们就像是一个掩护,”朗威说,尽管他的团队的目标 – 达到基石 – 是非常严重的。

主谋 Camp Century的实验是一位精致的,有时候是一位名叫Henri Bader的前任教授。自20世纪50年代中期以来,Bader曾在陆军军团的Snow,Ice和Permafrost研究机构担任首席科学家,称为SIPRE。像Camp Century一样,这个小型组织是冷战的产物。

在美国与苏联竞争的新世界秩序中,分隔两个超级大国的地理区域构成了世界顶端的巨大冰冻荒地。 SIPRE的建立是为了帮助军队管理其在冰冻废物中的部队 – 研究冰雪的特性,以便部署到远北的男女可以更好地战斗,更好地行动,更好地工作。

一个中等身材的男人,山羊胡子,头发稀疏,梳理头发,Bader重重地抽烟,带着一种令人生畏的空气,带着专横的气息。他是一个天才,将军队的实际需求与他自己的好奇心和目标相结合。对于Bader来说,分层冰盖承诺能够捕捉到高潮和大气历史的逐​​年记录,这意味着如果能够弄清楚如何在这些层中读取精确的温度,人们会发现(如Bader所说)“a宝库。“

同样重要的是,这些层是沉积的:地球大气层中的所有物质都被沉积在冰层中。从理论上讲,这意味着来自冰盖深处的冰芯将包含来自工业革命开始的明显痕迹,并包括大气气体和污染如何随着时间的推移而加剧的证据。

在印度尼西亚的喀拉喀托火山爆发(1883年)或者甚至是庞贝城(公元79年)附近的维苏威火山爆发后,冰芯也可能含有覆盖地球的痕迹灰烬。从格陵兰冰的中心看起来厚度来看,记录可能会更进一步。

而且,被困在冰盖中的是空气泡。在20世纪40年代末和50年代初期,Bader在阿拉斯加钻探的一些早期冰芯中研究气泡。 “他可以看到气泡受到压力,”他的SIPRE同事Carl Benson回忆道。 “现在,泡沫正在密封气泡时记录气氛。换句话说,冰中的这些小气泡有着当时气候的历史。他知道这一点。我们知道这一点,但这是一个问题:你如何衡量呢?“

Bader没想到会很快找到答案。但是他看到从冰盖中提取他所谓的“深层核心”将是解开这些秘密的第一步。 1961年和1962年,钻探小组制造了一些测试漏洞,结果好坏参与。1963年10月开始认真地从上到下的努力.Bader估计距离大约一英里。他预计钻井队将在四个月内到达基岩附近。

钻井平台 定制恢复冰芯是非常复杂的装置。为了正常工作,这些机器必须沿着一个狭窄的洞一两英里,一英寸一英寸地挖入冰层。在这个过程中,一段长度的核心 – 一个3到10英尺的冰柱 – 必须安全地从冰盖上雕刻出来,抓住,切断并用绞盘拉到地面。然后钻头必须回落并刻更深。对于Camp Century钻探,Henri Bader建议使用一种新型钻头,一种使用空心尖端的“热”钻头 – 一种热金属环,当冰块下降并产生冰芯的长圆柱时熔化冰。

以严格的顺序保持冰块将与良好的训练一样重要。如果一个团队忘记了核心从冰层中出来的顺序,那么科学家们就会失去对气候历史的追踪并危及他们的整个实验。出于这个原因,在20世纪60年代早期的大多数夏季,在Camp Century的钻井沟中到达地面的岩心被仔细地装袋并记录并存放在靠在墙上的架子上的纸板管中。

然而,在他们被收起之前,Chet Langway通常会在灯桌上仔细观察它们。来自地表附近的核心表现出季节性条纹,有时还有一些冰冻的尘埃,暗示着古代火山爆发或沙尘暴的残余。但随着钻头越来越深,钻芯的年度层数明显不明显。

更重要的是,Langway可以看到一些核心表面模糊,充满了气泡,类似于冷冻牛奶的气瓶,而更深的冰块像玻璃一样清澈透明,几周后变得朦胧,因为气体深受巨大的压力在冰盖中聚结成气泡。一些混浊的起泡冰可能像水晶高脚杯一样脆弱。从钻头的核心筒中取出后几分钟,朗威可以看到它破裂,听到它发出噼啪声,因为里面的空气对表面压力的变化有“放松”。

Herb Ueda通常是负责日常钻井工作的技术人员。他通常每年四月都会飞到Camp Century,并一直待到九月。根据他自己的评估,他的家庭贫穷。他在西北地区长大,经常和他的父母在农田和果园里一起工作。 1941年12月袭击珍珠港后,上田和他的家人被美国政府强迫从华盛顿州塔科马地区迁往爱达荷州,再到日裔美国人的拘留营。三年来,他的家人住在一个​​基本上是一个集中营,周围有铁丝网,还有大约9,000名其他日裔美国人。

然而,上田完成了高中学业,被起草,并在美国陆军服役。之后,他在伊利诺伊大学攻读机械工程学位。他29岁时开始在芝加哥找工作,在接受工作面试时,他接到了“某种冰雪实验室”的电话。这是SIPRE。第二年夏天,Ueda飞往格陵兰,学会了如何在冰上钻孔。

Ueda更不关注核心对地球历史的看法,而不是如何将它们从冰盖中取出。他很快就知道钻机的每一个怪癖和问题。这是一项缓慢而艰巨的工作,上田越来越受到热钻的挫败感。平均而言,它通过冰盖以每分钟约1英寸的速度融化。

1964年,在对俄克拉荷马州的实地考察中,几名陆军军团的工程师发现了一个旧的石油钻井平台。 “他们发现它在一些玉米地里被遗弃了,”上田回忆道。 “所有者提出要以10,000美元的价格将它卖给我们,所以我们买了它,然后我们把它改装成冰块。”这种“电钻”在1965年春天通过空运运到Camp Century。

这是一个笨拙的机器 – 83英尺长,重2650磅,不包括钻塔和8,000英尺厚的电缆,提供了钻机的稳定性和动力。在尖端,电钻有一个中空的圆形切割钻头,镶嵌有钻石,以每分钟225转的速度旋转。 “我们通过这次钻探获得了20英尺长的核心,”Ueda回忆起1965年的夏天。“所以你可以覆盖这样的深度。在美好的一天,我们可以做超过100英尺。“

钻孔机构煞费苦心地去除了冰柱。它越深,它就会越往后退。提取核心样品的切片并根据深度标记以供稍后分析。

Herb Ueda

现在上田正在快速行动。这是一个需要的鼓励,因为到了夏天结束时,世纪营地开始在他周围坍塌。在战壕内,来自建筑物,人类和机器的热量正在软化并破坏地板和墙壁的稳定性。主要街道 – 穿过营地中心的宽阔的壕沟 – 被Langway所回忆为肮脏的白色流沙。

与此同时,40英尺以上的积雪堆积在天花板上并向下推。为了生活在世纪城,居民们总是需要掌握他们对灾难性崩溃的恐惧。但情况正在恶化。多达50名男子值班,并负责剃须和修剪墙壁和天花板 – 通常使用链锯 – 以保持营地的生存能力。这是一场失败的战斗。

在1966年春末,该团队返回Trench 12并启动了电钻。他们的核心工作仍然是相同的:切割,抓地力,切断;拉动核心进行捕获和分析;重复。 1966年7月4日,他们在4,450英尺处击中了基岩。从上田到达底部的那天起,照片就存在了:穿着军装和一顶保暖帽,他站在一个长长的冰柱和岩石旁边,从钻井套管滑到一个槽上观察。他看起来相当惊讶,也松了一口气。 Ueda后来回忆起这是他职业生涯中最令人满意的一分钟。到达那里需要六年时间。

为了庆祝这一成就,世纪的一些人从一个大约与基督诞生相关的核心中取出了一小片冰块,然后将它放入一杯Drambuie中。

1966年夏天标志着Camp Century作为军队基地的最后一季。核反应堆最终将在美国境内移动,但它首先被带回140英里外的Thule的军事基地,以及Camp Century的wanigans,拖拉机和卡车。但几乎所有其他东西都留在了Camp Century战壕中:预制的小屋,用作宿舍和餐厅,桌子,椅子,水槽,床垫,双层床,小便池,台球桌。来自营地的废物 – 人类污水,柴油燃料,多氯联苯等有毒化学品和反应堆的放射性冷却剂 – 也被遗忘。

工作的假设是,无论如何,一切都会很快被雪的覆盖物压碎。之后,它将永远锁定在冰盖中。

切特朗威, 排名科学家,离开Camp Century拥有超过一千个冰芯。随着时间的推移,它们将被证明是军方奇怪的Camp Century实验中唯一具有挥之不去的价值。他用军用运输机将冰块运到新罕布什尔州汉诺威附近的一个冰柜里,这是他现在工作的地方。

Langway环游世界,寻求帮助解释Camp Century核心中的微量气体和证据。他最终的科学合作伙伴之一已经对格陵兰岛的工作着迷。 1964年,一位名叫Willi Dansgaard的丹麦科学家与来自哥本哈根的一些同事一起参观了Camp Century,对冰盖进行了化学研究。 Dansgaard在旅途中从未真正进入过钻井沟。当时他也没有见到Langway或Herb Ueda。该营地的一名军官告诉他,他未经授权观察取芯实验。

但只是听说它加强了他对潜力的迷恋。在他的日记中,Dansgaard写道:“真可惜……美国人对冰芯的处理方式尚不清楚。”后来,回到丹麦,再次考虑钻井实验,他得出结论,Camp Century冰“将是一个任何能够获得它的人都可以使用科学金矿。“

1966年,当他听说取芯结束时,他给切特朗威写了一封信,并建议对冰进行分析。 Dansgaard的一名学生后来说,“那封信是冰芯气候研究的出生证明。”

冰科学家是心中的侦探。到那时,Dansgaard是测量氧同位素的先驱之一。这些是自然发生的变化,反映氧原子在其原子核中是否有六个或八个中子。通过比较较重和较稀有同位素的水样中的流行率来表示差异(18O)更轻和更常见的同位素(16O)。

Dansgaard在1952年开始了一些这项工作,当时他在院子里用啤酒瓶和漏斗收集了雨水。然后他开始明白,温暖的天气风暴产生的水分含量较高,“重” 18比寒冷的天气风暴。他做了一个进一步的飞跃,并很快得出结论,云的温度有助于确定数量 18在它产生的雪或雨中。在本质上:

温度越高=浓度越高 18O在H.2Ø

较低的温度=较低的浓度 18O在H.2Ø

Dansgaard推测这可以将旧冰水中的氧气与气候联系起来。换句话说,如果他有一个深冰芯的样本可以追溯到大约一年,他可能会测量浓度 18O在冰中。然后,他可以查看结果,并在雪花落到地球的那一天辨别出表面空气的温度,即使它是10,000或15,000年前。

他用来做这个的工具被称为质谱仪。 Dansgaard通过在密封容器中用二氧化碳处理冰,然后将部分混合物加入小型真空室中来制备冰样品。仪器 – 质量规格,正如他们在实验室中所称的那样 – 然后用电轰击样品以便为其氧分子充电;一旦充电,然后通过使样品通过磁场将样品分离成更重和更轻的组分。

物理学很复杂但结果很简单:在机器内,可以检测冰样中的重和轻氧同位素并测量其浓度。

“我提议从上到下测量整个冰芯,”Dansgaard回忆起他1966年对Langway的提议,并且Langway欣然同意。 Dansgaard和几名同事从哥本哈根飞往新罕布什尔州。这些男子切下了7,500个Camp Century冰芯的样品并将它们带回丹麦,在那里Dansgaard让技术人员在他的质谱实验室里长时间工作。

在那个巨大的冰块中,他制定了他的第一项研究。 1969年10月17日,Dansgaard的团队和Langway在期刊上公布了结果 科学题为“格陵兰冰盖上世纪营地的一千个世纪的气候记录。”Dansgaard创建了一个跟踪氧同位素的图表 – 实际上,气候回溯大约10万年。

朗威回忆道,“当威利做到这一点时,他震惊世界。因为最困难的事情之一是过去的温度。你如何获得这些信息?你无法通过碳约会岩石得到它。它不起作用。但是,如果你的年龄已经有了标记,它可以加入冰中的气体。“

在里面 科学 Dansgaard写道,“冰芯数据似乎提供了比迄今已知的任何方法都要大得多,更直接的气候学细节。”然而,他很清楚他的研究并不完美。冰芯的许多部分难以阅读,似乎情况是温度的混乱变化表征了地球气候在当前时代之前的1万年至15,000年期间的不同时期。

这可能是地球从上一个冰河时代出现的时间。气候信号中可能存在一些嘈杂的信号脉冲,这些信息的脉冲信息不需要字面意义,因为它们可能起源于在格陵兰岛基岩中流过并折叠过来的冰块。

然后,它可能会在我们自己的时代提出一些具有迫切重要性的东西:气候可以快速而彻底地改变。


经新书许可摘录 世界尽头的冰:格陵兰的埋藏过去和我们危险的未来的史诗之旅,Jon Gertner。由Random House出版,Random House是纽约Penguin Random House LLC的一个部门,版权所有©2019 Jon Gertner。版权所有。


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