大面積融化核技術用于預測冰川未來的新應用

自20世紀70年代以來，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。這些巨大的冰結構正在世界范圍內史無前例地融化、變弱、坍塌和消失。其結果是洪水泛濫、干旱、供水受到威脅和經濟疲軟，所有這些造成了氣候變化的災難性影響。由于很多生命的飲用水、農業、水力發電和旅游業都依靠冰川融化解決用水問題，因此準確地預測和規劃冰川下一步會發生什么至關重要。

瑞士依賴冰川，但冰川也在快速融化。根據瑞士科學院的數據，該國冰川的體積在2022年減少了6%以上，是有記錄以來最多的一年。研究人員表示，到本世紀末，瑞士最大的阿萊奇冰川的體積可能會消失一半。

冰川學家傳統上使用桿棒、照片和歷史繪畫等標記物來追蹤冰川運動，以比較冰川隨時間而發生的變化。墜毀的飛機殘骸等偶然標記物也可以表明冰川的運動情況。現在，有了另一種更精確的標記方法，可以幫助冰川學家更精確地模擬冰川的行為，進而預測冰川的未來。這種方法可以支持決策者對冰川的消退或完全消失作出規劃。

在瑞士首都伯爾尼以南大約40公里處，施皮茨實驗室根據20世紀50年代和60年代核武器試驗期間在冰上留下的識別標志，開發出一種核技術。這些核武器試驗產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。因為這些核武器試驗日期是已知的，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擴散模式，可以確定冰層的年代。

施皮茨實驗室核化學部研究員Stefan R?llin說：“我們使用了一種測量土壤和其他固體材料中放射性核素的現有技術，并首次將其用于水、冰和雪中”。

檢測冰中放射性核素

施皮茨實驗室專家和瑞士武裝部隊成員在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，以收集關于其冰流的寶貴同位素數據。他們從每個冰川提取了大約200個表層冰樣本，每個樣本重達1千克，這個數量足以檢測出低水平的放射性核素。然后，他們熔化樣本，并采用放射化學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譜儀（MC-ICP-MS）的高靈敏度儀器對其進行分析。

研究人員還運用了能夠檢測環境樣本中是否存在核武器試驗放射性核素的其他核技術，包括檢測是否存在銫的高分辨率γ射線能譜測定法和檢測是否存在氚的液體閃爍計數法。

“這些數據可用于完善和調整冰川流動模型，更好地了解冰川融化速度，預測冰川的未來，以及校準冰川流動模型，提高預測精度。”R?llin說。為了確保準確性，科學家們對照原子能機構愛爾蘭海水參考樣本對施皮茨實驗室開發的方法進行了驗證。他們使用參考樣本檢驗他們的測試結果是否準確。原子能機構向世界各地的實驗室提供這種樣品。

“我們對照原子能機構基準材料進行的測試證明，我們有能力對水中低得令人難以置信的放射性核素濃度（千萬萬億分之一克）進行分析，這是相當難做到的。”R?llin說。

施皮茨實驗室在2021年希臘環境放射性國際會議（ENVIRA 2021）和2022年意大利放射性核素計量學-低水平放射性測量技術國際會議（ICRMLRLMT）上介紹了其研究成果。

施皮茨實驗室自2016年以來一直是原子能機構協作中心，并在2020年獲得重新指定，直到2025年，以支持原子能機構的計劃活動。作為原子能機構協作中心，它為進修人員提供培訓，并主辦培訓班和接待科學訪問人員。它還參加了專家工作組對原子能機構成員國的訪問，以促進這一技術在冰川對可持續環境政策和經濟十分重要的其他地方的實際應用。

“施皮茨實驗室是一個杰出中心，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地取樣和測量方面擁有豐富的經驗。”原子能機構輻射測量實驗室主任Iolanda Osvath說，“它為原子能機構測量環境放射性分析實驗室網絡的培訓和方法開發提供了巨大支持。正如其在冰川方面的新工作所證明的那樣，它在研究與發展方面采取的創新方法解決了一系列的環境問題。”