在两极周围，数百万年积累的冰可以深达几公里。未受干扰的深冰保存了有关过去的信息。被困在冰内的空气袋和颗粒告诉科学家过去的大气是什么样子的。这使得古气候学家对冰川冰芯产生了极大的兴趣。
通过在冰芯深度上定期对冰芯进行采样，他们可以重建过去的气候及其随时间推移的演变。像许多其他元素一样，氢和氧具有更稀有、更重的变体或同位素。由于较轻的变体更容易蒸发，因此冰芯中氢和氧同位素的重同位素和轻同位素的比率可以代表冰形成时的温度。
然而，随着研究人员深入挖掘，他们每年都会发现只有几毫米薄的较老的冰层。这种冰很难用现有的提供厘米级分辨率的方法进行研究。例如，基于激光烧蚀的方法会猛烈地摇晃冰芯的表面。这与蒸发非常相似，会扰乱同位素的比例，从而限制激光烧蚀的分辨率。
在发布在《冰川学杂志》上的一项研究中，日本理化学研究所西科中心的研究人员报告了一种激光熔化方法来研究更精细的冰芯切片。“它可以分析薄至三毫米的冰芯中的稳定水同位素，”该研究的通讯作者Yuko Motizuki说。
Motizuki和团队开发了一种激光熔化采样器，可以通过光纤发射激光。当激光击中冰芯上的特定点时，它会将冰融化成水。连接到光纤末端的喷嘴将融水提取到不锈钢小瓶中。但随后研究人员遇到了另一个挑战——激光加热样品并改变同位素水平。
为了避免这种情况，研究小组仔细优化了激光的功率，喷嘴切开冰层的速度，以及真空取出融化样品的速度。该系统在速度和热量之间取得了微妙的平衡，可以在不干扰同位素的情况下快速融化低于沸点的冰，从而实现更准确的测量。
接下来，他们通过在南极洲的日本研究站Dome Fuji的冰芯上进行测试来验证激光熔化方法的实用性。在超过90米的深度，他们以3毫米的间隔记录了51次观测。虽然选择这个深度是为了便于使用其他方法进行验证，但凭借其更高的分辨率，新方法将使古气候学家能够从更深和更古老的冰芯中研究过去的气候。
想象一下，一个戏剧性的、一次性的事件，在过去迅速改变了温度。尽管这样的事件会引起人们的极大兴趣，但在没有每年解决的过去温度的情况下，很难确定它究竟是什么时候发生的。新方法将时间范围推后，直到研究人员能够发现此类事件，如果事件发生在最近的过去，则更精确地确定何时发生。
除了突发事件之外，该方法还将增强对自然太阳变化的理解。太阳辐射的热量会周期性地变化，影响地球上的温度。通过确定遥远过去的年温度，科学家们可以更好地区分由于太阳活动引起的温度变化和由于人为全球变暖引起的温度变化。
研究过去的气候也为未来提供了线索。“如果我们了解过去的自然变化，我们就可以更精确地预测全球变暖的未来，”Motizuki说。
