7月12日，“亚洲水塔动态变化与影响”任务“湖泊演变及气候变化响应”专题中国科学院青藏高原研究所湖泊与环境变化团队联合德国、瑞士、英国等国科学家，在西藏纳木错水深93米处成功获取了钻探深度超过400米的湖泊岩芯。这一成果创造了中国湖泊水上钻探深度的新纪录，提升了我国开展湖泊水上钻探的技术水平，彰显了我国在青藏高原湖泊国际合作中的重要地位。

图1. 纳木错在青藏高原的位置以及与ICDP/IODP钻探位置的相互联系。ISM：印度夏季风，EAM：东亚季风。底图来自谷歌地球

纳木错位于亚欧大陆的腹地，是一个封闭的湖泊，湖面面积超过2000平方千米，海拔高度超过4700米，湖泊沉积物汇聚了流域内的岩石、土壤、植被、河流和人类活动的相关信息。纳木错位于西风急流和印度季风的交互影响区，通过获取该区域长时间、连续性好的湖泊沉积物，分析其中指示气候与环境变化的指标，认识其在多个冰期和间冰期旋回中的气候和环境条件，对于重建过去环境变化的历史，认识其变化规律，为未来气候环境变化提供科学依据具有重要意义。

图2 （A）纳木错湖泊沉积地震剖面调查路线，（B）CL-1钻探位置，（C）CL-1钻孔的地震反射剖面。

这次科学钻探活动由国际大陆科学钻探计划（ICDP）和中国第二次青藏高原综合科学考察研究项目联合支持，项目旨在：（1）重建青藏高原多个冰期-间冰期的长期气候变化历史，揭示区域气候变化规律，认识其与全球和北半球大气环流模式的关系；（2）阐明高海拔陆地和湖泊生态系统在冰期和间冰期气候条件下的演化和弹性；（3）认识湖泊沉积物微生物群落在多个冰期-间冰期环境中的代谢影响因素；（4）提供古地磁变化的基本观测资料，以模拟全新世以前的古地磁磁场；（5）揭示青藏高原中部地区构造位移速率的穿时变化；（6）获得连续的冰川活动历史，并对冰川作用的时间尺度进行准确的年龄估计。

图3 自主设计的西藏纳木错钻探钻井平台。该平台为20.3×9.8米，高2米，吃水0.5-1米，净重103吨，载重50吨，配有发电机、绞车、小型吊车，工作间和设备间等。

纳木错的钻探筹划工作始于2008年，经过2014年和2016年的两次地震剖面调查，初步确认湖泊沉积物厚达700米以上，具有深海氧同位素13阶段（MIS 13）以来的连续沉积序列，并可能蕴含冰川活动的扰动。该计划于2020年得到ICDP批准后，在包括中国科学家在内的国际科学家团队的指导下，通过在国内制造稳定抗风的水上钻井平台、培训技术可靠的钻探队伍，利用ICDP长期使用的钻探设备，制订了此次的钻探工作计划。此次钻探工作于6月初开始，至7月12日，已经取得总长度近1000米的湖泊岩芯，湖芯最深深度超过400米，已经到达预计的MIS 11阶段（距今40万年左右），平均分辨率高达10年/厘米，获得了长时间、连续性、高分辨率的良好材料。

图4 纳木错钻探使用的美国宝长年公司LF230型全液压动力头钻机和美国QD公司生产的HPC、EXN和ALN型钻探工具

纳木错湖泊钻探科学家团队一致确定，获得的湖芯样品将在现场经过初步的密度和磁化率扫描后，永久保存在中国科学院青藏高原研究所。这些样品将进一步开展年代确定和环境指标的测试分析。

图5 对提取上来的湖泊岩芯进行切割并检查岩芯的质地

在年代分析方面，将采用多个测年方法实现这一目标。在最近的5万年，主要使用放射性碳十四和石英光释光（OSL）的组合；对于超过5万年的沉积物，将使用长石红外激发后高温红外激发释光（post-IR IRSL）方法追溯到约20万年；超出碳十四和OSL技术限制的沉积物，将结合氨基酸消旋化(AAR)、放射性元素铀/钍比值（U/Th）和宇宙射线铍同位素技术，以及地磁极性、温度年代学和旋回地层学等分析，从而获取整个岩芯的可靠年代序列。

图6 封堵提取上来的岩芯，切割出提取DNA需求的岩芯样品

在气候和环境变化指标方面，将利用指示气候与环境变化的代用指标（常规地球化学指标、花粉、生物标志化合物、sedaDNA、环境磁学指标）重建湖泊流域的古温度、古降水、古水位、古植被、古水生生物多样性等变化，以及这些变化与湖盆形成和演化的构造活动、冰川活动及大气环流变动的联系。使用以下指标反映湖泊的水文-气候变化过程，特别是获取与全新世（最近1万年）相似的MIS 11阶段（约42-37万年）的间冰期记录，将为与当前气候变化有关的温暖间冰期提供一个判定依据。如：1）自生碳酸盐的氧同位素来反映湖水同位素质量平衡；2）陆地生物叶蜡的氢同位素来提供降水同位素组成；3）湖泊生物标志化合物的GDGTs反映湖泊古温度和古盐度变化；4）沉积物和介形类微量元素地球化学来重建湖泊水文过程。此外，使用花粉组合与已有的气候要素转换函数，可以重建湖泊流域的古温度、古降水和古陆地植被组成。花粉的化学光谱将提供古UV代用指标，一个可以与季风历史相结合的独立轨道太阳辐射记录，而且由于UV-B是影响生态系统养分循环的胁迫因子，花粉中的古UV记录也可以反映与冰期-间冰期尺度上养分循环的稳定同位素记录。使用沉积古DNA（sedaDNA）来重建过去浮游群落的多样性。其优点是可以识别单个物种，包括那些没有留下其他特征标记的物种，可以用于研究全球气候与局部环境变化的结合。从而阐述环境如何控制了过去1百万年青藏高原高海拔生态系统的物种多样性、功能多样性和进化；青藏高原的水生和陆生生物群落对多个冰期-间冰期的环境强迫有何独立响应；高海拔环境是否通过减少种群多样性提高了生态系统对冰期极端条件的弹性适应，但保持了个别物种谱系的寿命。