大規模融化：以核子技術預測冰川未來的新方法
2023/01/05
瑞士的冰川在 2022 年消失了超過6%的體積，這是有記錄以來最糟糕的一年。(照片：施皮茨實驗室)
全球的冰川自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，這在地球上是史無前例的。其結果是洪水、乾旱、供水受到威脅和經濟的疲軟，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都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它們未來會發生什麼變化是至關重要的。
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年消失了超過6%的體積，這是有記錄以來最糟糕的一年。研究人員表示，到本世紀末，瑞士最大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的運動，以比較冰隨時間的變化。其他偶然的標記，例如墜毀的飛機，也可以表明冰川的運動。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。這可以協助決策者制定冰川消退或完全消失的計畫。
在瑞士首都伯恩以南約40公里處，施皮茨實驗室(Spiez Laboratory)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，開發了一種新的核子技術。這些NWT產生並釋放到大氣中的人工放射性核種沉積在世界各地冰川的表層。由於這些NWT產生的日期已知，因此確定這些放射性核種的峰值濃度，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。
施皮實驗室核化學部研究員Stefan Röllin說：“我們使用現有土壤和其他固體材料中放射性核種的量測技術，並首次將其應用於水、冰和雪，”。
冰中放射性核種檢測:
在2019年和2020年，施皮茨實驗室的專家們和瑞士軍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與高利冰川，以收集有關冰流同位素的寶貴數據。 他們從每個冰川中提取了大約200個表面冰的樣本，每個樣本重達1千克——這個數量足供檢測低活度的放射性核種，然後熔化樣品並應用放射化學方法提取並純化鈾和鈽的同位素，他們使用稱為多接收器電感耦合電漿質譜儀或稱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子技術，以檢測環境樣品中存在 NWT 放射性核種，包括高解析度加馬射線能譜儀(檢測銫核種)和液體閃爍計數儀(檢測氚核種)。
Röllin說：“這些數據可用於改善和調整冰川流動模型，更了解冰川融化的速度，以預測冰川的未來，並供校準其流動模型以獲得更好的精確度，”。施皮茨實驗室開發的方法已針對來自愛爾蘭海的IAEA 參考水樣進行了驗證，以確保其準確性。科學家們使用參考樣本來檢查他們測試方法之結果的準確性。IAEA對全世界的實驗室提供此類樣品。
Röllin說：“我們針對IAEA參考樣本的測試，證實了我們能夠難以置信的分析水中低放射性核種的濃度——百萬分之一的百萬分之一的百萬分之一克/千克(註:指10-18克/公斤)——這是很難做到的，”。
施皮茨實驗室於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——低活度放射性測量技術(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的合作中心，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，它提供進修人員的培訓，並主持舉辦培訓課程和學者的科學訪問。它還參加了IAEA成員國的專家任務，以促進該技術在針對冰川之可持續性環境政策與經濟具有重要意義的其他地方相關的實務應用。
IAEA輻射量測實驗室負責人Iolanda Osvath說:“施皮茨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，特別是執行放射性核種現場取樣和量測的豐富經驗，”。“它為IAEA環境放射性量測分析實驗室網路(ALMERA)的培訓和方法開發，提供了非常大的支持。它的研究與開發以創新的方法解決了廣泛的環境問題，正如其在冰川方面創新方法所證明的那樣。”