瑞士的冰川體積在2022年減少了6%以上，是有記錄以來(lái)最多的一年。(圖/施皮茨實(shí)驗(yàn)室)

自20世紀(jì)70年代以來(lái)，全球冰川一直在大面積消失。全球變暖使新降雪量與冰川融化量的比例失衡。這些巨大的冰結(jié)構(gòu)正在世界范圍內(nèi)史無(wú)前例地融化、變?nèi)酢⑻拖АＦ浣Y(jié)果是洪水泛濫、干旱、供水受到威脅和經(jīng)濟(jì)疲軟，所有這些造成了氣候變化的災(zāi)難性影響。由于很多生命的飲用水、農(nóng)業(yè)、水力發(fā)電和旅游業(yè)都依靠冰川融化解決用水問(wèn)題，因此準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)和規(guī)劃冰川下一步會(huì)發(fā)生什么至關(guān)重要。

瑞士依賴冰川，但冰川也在快速融化。根據(jù)瑞士科學(xué)院的數(shù)據(jù)，該國(guó)冰川的體積在2022年減少了6%以上，是有記錄以來(lái)最多的一年。研究人員表示，到本世紀(jì)末，瑞士最大的阿萊奇冰川的體積可能會(huì)消失一半。

冰川學(xué)家傳統(tǒng)上使用桿棒、照片和歷史繪畫(huà)等標(biāo)記物來(lái)追蹤冰川運(yùn)動(dòng)，以比較冰川隨時(shí)間而發(fā)生的變化。墜毀的飛機(jī)殘骸等偶然標(biāo)記物也可以表明冰川的運(yùn)動(dòng)情況。現(xiàn)在，有了另一種更精確的標(biāo)記方法，可以幫助冰川學(xué)家更精確地模擬冰川的行為，進(jìn)而預(yù)測(cè)冰川的未來(lái)。這種方法可以支持決策者對(duì)冰川的消退或完全消失作出規(guī)劃。

在瑞士首都伯爾尼以南大約40公里處，施皮茨實(shí)驗(yàn)室根據(jù)20世紀(jì)50年代和60年代核武器試驗(yàn)期間在冰上留下的識(shí)別標(biāo)志，開(kāi)發(fā)出一種核技術(shù)。這些核武器試驗(yàn)產(chǎn)生并向大氣中釋放了人工放射性核素，然后沉積到世界各地的冰川表層。因?yàn)檫@些核武器試驗(yàn)日期是已知的，所以確定這些放射性核素的峰值濃度以及因冰流引起的放射性核素?cái)U(kuò)散模式，可以確定冰層的年代。

施皮茨實(shí)驗(yàn)室核化學(xué)部研究員Stefan Röllin說(shuō)：“我們使用了一種測(cè)量土壤和其他固體材料中放射性核素的現(xiàn)有技術(shù)，并首次將其用于水、冰和雪中”。

檢測(cè)冰中放射性核素

施皮茨實(shí)驗(yàn)室專家和瑞士武裝部隊(duì)成員在2019年和2020年繪制了伯爾尼阿爾卑斯山崎嶇地形中的阿萊奇和高利冰川地形圖，以收集關(guān)于其冰流的寶貴同位素?cái)?shù)據(jù)。他們從每個(gè)冰川提取了大約200個(gè)表層冰樣本，每個(gè)樣本重達(dá)1千克，這個(gè)數(shù)量足以檢測(cè)出低水平的放射性核素。然后，他們?nèi)刍瘶颖荆⒉捎梅派浠瘜W(xué)方法提取和提純鈾和钚同位素，然后使用一種名為多收集器電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)的高靈敏度儀器對(duì)其進(jìn)行分析。

研究人員還運(yùn)用了能夠檢測(cè)環(huán)境樣本中是否存在核武器試驗(yàn)放射性核素的其他核技術(shù)，包括檢測(cè)是否存在銫的高分辨率γ射線能譜測(cè)定法和檢測(cè)是否存在氚的液體閃爍計(jì)數(shù)法。

“這些數(shù)據(jù)可用于完善和調(diào)整冰川流動(dòng)模型，更好地了解冰川融化速度，預(yù)測(cè)冰川的未來(lái)，以及校準(zhǔn)冰川流動(dòng)模型，提高預(yù)測(cè)精度。”Röllin說(shuō)。為了確保準(zhǔn)確性，科學(xué)家們對(duì)照原子能機(jī)構(gòu)愛(ài)爾蘭海水參考樣本對(duì)施皮茨實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的方法進(jìn)行了驗(yàn)證。他們使用參考樣本檢驗(yàn)他們的測(cè)試結(jié)果是否準(zhǔn)確。原子能機(jī)構(gòu)向世界各地的實(shí)驗(yàn)室提供這種樣品。

“我們對(duì)照原子能機(jī)構(gòu)基準(zhǔn)材料進(jìn)行的測(cè)試證明，我們有能力對(duì)水中低得令人難以置信的放射性核素濃度(千萬(wàn)萬(wàn)億分之一克)進(jìn)行分析，這是相當(dāng)難做到的。”Röllin說(shuō)。

施皮茨實(shí)驗(yàn)室在2021年希臘環(huán)境放射性國(guó)際會(huì)議(ENVIRA 2021)和2022年意大利放射性核素計(jì)量學(xué)-低水平放射性測(cè)量技術(shù)國(guó)際會(huì)議(ICRMLRLMT)上介紹了其研究成果。

施皮茨實(shí)驗(yàn)室自2016年以來(lái)一直是原子能機(jī)構(gòu)協(xié)作中心，并在2020年獲得重新指定，直到2025年，以支持原子能機(jī)構(gòu)的計(jì)劃活動(dòng)。作為原子能機(jī)構(gòu)協(xié)作中心，它為進(jìn)修人員提供培訓(xùn)，并主辦培訓(xùn)班和接待科學(xué)訪問(wèn)人員。它還參加了專家工作組對(duì)原子能機(jī)構(gòu)成員國(guó)的訪問(wèn)，以促進(jìn)這一技術(shù)在冰川對(duì)可持續(xù)環(huán)境政策和經(jīng)濟(jì)十分重要的其他地方的實(shí)際應(yīng)用。

“施皮茨實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)杰出中心，擁有出色的分析能力，在各類污染物特別是放射性核素的實(shí)地取樣和測(cè)量方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)。”原子能機(jī)構(gòu)輻射測(cè)量實(shí)驗(yàn)室主任Iolanda Osvath說(shuō)，“它為原子能機(jī)構(gòu)測(cè)量環(huán)境放射性分析實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)的培訓(xùn)和方法開(kāi)發(fā)提供了巨大支持。正如其在冰川方面的新工作所證明的那樣，它在研究與發(fā)展方面采取的創(chuàng)新方法解決了一系列的環(huán)境問(wèn)題。”