大量融化：預測冰川未來的新核應用 (20230105)
Joanne Burge
瑞士的冰川在2022年損失了超過6%的體積，這是有紀錄以來最糟糕的一年。 (照片：施皮茨實驗室)
在全球範圍內，冰川自1970年代以來一直在流失。新降雪量與冰融化量的比例因全球變暖而失去平衡。這些巨大的冰結構正在融化、削弱、坍塌和消失，這在世界範圍內都是史無前例的。其結果是洪水、乾旱、供水受到威脅和經濟疲軟，所有這些都加劇了氣候變化的災難性影響。由於有如此多的生命依賴冰川提供飲用水、農業、水電和旅遊業。因此，準確預測和規劃他們接下來會發生什麼事，至關重要。
瑞士依賴其冰川，但它們也在快速融化。根據瑞士科學院的數據，該國的冰川在2022年損失了超過6%的體積，這是有紀錄以來最糟糕的一年。研究人員表示，到本世紀末，瑞士最大的阿萊奇冰川的冰量可能會減少一半。
傳統上，冰川學家使用標尺、照片和歷史繪畫等標記，來追踪冰川運動，以比較冰隨時間的變化。偶然的標記，例如墜毀的飛機，也可以表明冰川運動。現在有另一種更精確的方法，可以幫助冰川學家更準確地模擬冰川的行為，進而預測它們的未來。這可以支持決策者制定冰川消退或完全消失的計畫。
我們對IAEA參考材料的測試證實了我們能夠分析水中極低的放射性核素濃度--百萬分之一、百萬分之一克/千克--這是很難做到的。Stefan Rölling說，Spiez實驗室核化學部研究員
在該國首都伯爾尼以南約40公里處，施皮茨實驗室根據1950年代和1960年代核武器試驗(NWT)期間在冰中記錄的信號，開發了一種核技術。這些NWT產生並釋放到大氣中的人工放射性核素沉積在世界各地的冰川表層。由於這些NWT的日期已知，因此，確定這些放射性核素的峰值濃度，以及由於冰流引起的放射性核種擴散模式，可以確定冰層的年代。
“我們使用現有技術測量土壤和其他固體材料中的放射性核種，並首次將其應用於水、冰和雪，”Spiez實驗室核化學部研究員Stefan Röllin說。
冰中放射性核素檢測
在2019年和2020年，施皮茨實驗室的專家和瑞士武裝部隊的成員，在伯爾尼阿爾卑斯山崎嶇的地形上攀登了阿萊奇和高利冰川，以收集有關冰流的寶貴同位素數據。他們從每個冰川中提取了大約 200 個表面冰樣本，每個樣本重達1公斤--這個數量足以檢測低水平的放射性核素。然後他們熔化樣品並應用放射化學方法，提取和純化鈾和鈽的同位素，他們使用稱為多接收器電感耦合等離子體質譜儀或MC-ICP-MS的高靈敏度儀器對其進行分析。
研究人員還應用了其他核技術，可以檢測環境樣品中是否存在 NWT放射性核素，包括高分辨率加馬射線能譜法(檢測銫的存在)和液體閃爍計數(檢測氚的存在)。
Spiez實驗室於2021年在希臘舉行的國際環境放射性會議(ENVIRA 2021)和2022年在意大利舉行的放射性核種計量國際會議--低水平放射性測量技術(ICRM–LLRMT)上展示了其研究成果。
施皮茨實驗室自2016年以來一直是IAEA合作中心，並於2020年被重新指定為合作中心，直至2025年，以支持IAEA的計畫活動。 作為IAEA合作中心，它為進修人員提供培訓，並舉辦培訓課程和科學訪問者。它還參加了對IAEA成員國的專家訪問，以促進該技術在冰川對可持續環境政策和經濟具有重要意義的其他地方的實際應用。
“Spiez 實驗室是一個卓越中心，擁有出色的分析能力，以及對所有類型的污染物，特別是放射性核素進行現場採樣和測量的豐富經驗，”IAEA輻射測量實驗室負責人Iolanda Osvath說。”它為IAEA環境放射性測量分析實驗室網絡(ALMERA)的培訓和方法學開發提供了巨大支持。它的研究和開發以創新的方法解決了廣泛的環境問題，正如其在冰川方面的新工作所證明的那樣。”
我們對IAEA參考材料的測試證實了我們能夠分析水中極低的放射性核素濃度--百萬分之一、百萬分之一克/千克--這是很難做到的，”
羅林說。
“這些數據可用於完善和調整冰川流動模型，更好地了解冰川融化的速度，預測其未來併校準冰川流動模型以獲得更高的精度，”Röllin 說。Spiez實驗室開發的方法針對來自愛爾蘭海的IAEA參考水樣進行了驗證，以確保准確性。科學家使用參考樣本來檢查他們的測試方法是否產生準確的結果。IAEA向全世界的實驗室提供此類樣品。