瑞士的冰川在 2022 年损失了超过 6% 的体积，这是有记录以来最糟糕的一年。(照片：施皮茨实验室)
在全球范围内，冰川自 1970 年代以来一直在流失。新降雪量与冰融化量的比例因全球变暖而失去平衡。这些巨大的冰结构正在融化、削弱、坍塌和消失，这在世界范围内都是史无前例的。其结果是洪水、干旱、供水受到威胁和经济疲软，所有这些都加剧了气候变化的灾难性影响。由于有如此多的生命依赖冰川提供饮用水、农业、水电和旅游业，因此准确预测和规划他们接下来会发生什么至关重要。
瑞士依赖其冰川，但它们也在快速融化。根据瑞士科学院的数据，该国的冰川在 2022 年损失了超过 6% 的体积，这是有记录以来最糟糕的一年。研究人员表示，到本世纪末，瑞士最大的阿莱奇冰川的冰量可能会减少一半。
传统上，冰川学家使用标尺、照片和历史绘画等标记来追踪冰川运动，以比较冰随时间的变化。偶然的标记，例如坠毁的飞机，也可以表明冰川运动。现在有另一种更精确的方法，可以帮助冰川学家更准确地模拟冰川的行为，进而预测它们的未来。这可以支持决策者制定冰川消退或完全消失的计划。
在该国首都伯尔尼以南约 40 公里处，施皮茨实验室根据 1950 年代和 1960 年代核武器试验 (NWT) 期间在冰中记录的信号，开发了一种核技术。这些 NWT 产生并释放到大气中的人工放射性核素沉积在世界各地的冰川表层。由于这些 NWT 的日期已知，因此确定这些放射性核素的峰值浓度，以及由于冰流引起的放射性核素扩散模式，可以确定冰层的年代。
“我们使用现有技术测量土壤和其他固体材料中的放射性核素，并首次将其应用于水、冰和雪，”Spiez 实验室核化学部研究员 Stefan Röllin 说。
冰中放射性核素检测
在 2019 年和 2020 年，施皮茨实验室的专家和瑞士武装部队的成员在伯尔尼阿尔卑斯山崎岖的地形上攀登了阿莱奇和高利冰川，以收集有关冰流的宝贵同位素数据。他们从每个冰川中提取了大约 200 个表面冰样本，每个样本重达 1 千克——这个数量足以检测低水平的放射性核素。然后他们熔化样品并应用放射化学方法提取和纯化铀和钚的同位素，他们使用称为多接收器电感耦合等离子体质谱仪或 MC-ICP-MS 的高灵敏度仪器对其进行分析。
研究人员还应用了其他核技术，可以检测环境样品中是否存在 NWT 放射性核素，包括高分辨率伽马射线能谱法(检测铯的存在)和液体闪烁计数(检测氚的存在)。
“这些数据可用于完善和调整冰川流动模型，更好地了解冰川融化的速度，预测其未来并校准冰川流动模型以获得更高的精度，”Röllin 说。Spiez 实验室开发的方法针对来自爱尔兰海的 IAEA 参考水样进行了验证，以确保准确性。科学家使用参考样本来检查他们的测试方法是否产生准确的结果。原子能机构向全世界的实验室提供此类样品。
“我们对 IAEA 参考材料的测试证实了我们能够分析水中难以置信的低放射性核素浓度——百万分之一、百万分之一克每千克——这是很难做到的，”
Röllin 说。
Spiez 实验室于 2021 年在希腊举行的国际环境放射性会议 (ENVIRA 2021) 和 2022 年在意大利举行的放射性核素计量国际会议——低水平放射性测量技术 (ICRM–LLRMT) 上展示了其研究成果。
施皮茨实验室自 2016 年以来一直是原子能机构合作中心，并于 2020 年被重新指定为合作中心，直至 2025 年，以支持原子能机构的计划活动。作为 IAEA 合作中心，它为进修人员提供培训，并举办培训课程和科学访问者。它还参加了对 IAEA 成员国的专家访问，以促进该技术在冰川对可持续环境政策和经济具有重要意义的其他地方的实际应用。
“Spiez 实验室是一个卓越中心，拥有出色的分析能力，以及对所有类型的污染物，特别是放射性核素进行现场采样和测量的丰富经验，”原子能机构辐射测量实验室负责人 Iolanda Osvath 说。“它为 IAEA 环境放射性测量分析实验室网络 (ALMERA) 的培训和方法学开发提供了巨大支持。它的研究和开发以创新的方法解决了广泛的环境问题，正如其在冰川方面的新工作所证明的那样。”
