冰芯是通过钻探从冰川或冰盖中取得的圆柱状样品。它保存了历年积雪、化学杂质和封存的空气，为研究过去的气候与环境状况提供证据。来自南极洲、格陵兰岛和山地冰川的冰芯，是古气候学的重要资料库。冰芯的独特价值在于，它既包含反映过去环境状况的间接指标，也保存着古代地球大气层的真实样本。(legacy.bas.ac.uk)
冰芯记录的形成
在积雪能够逐年留存的地方，后续降雪会掩埋较早的积雪。压实和重结晶作用使积雪转变为粒雪这一多孔的过渡物质，最终形成致密的冰川冰。在孔隙仍相互连通时，空气可以在其中流通和扩散。随着压实作用封闭这些通道，空气便被隔离在气泡中。气泡封闭通常发生在地表以下数十米处，具体深度取决于当地条件。(bas.ac.uk)
因此，冰与其中封存空气的年龄并不相同。冰的年龄从最初降雪时算起，而空气是在较晚的时候被封存的，通常比冰年轻。气体年龄与冰年龄之间的差异，尤其取决于温度和积雪累积量。在比较大气变化与气候事件时，必须分别建立冰和气体的年代序列。(courses.washington.edu)
积雪累积量也会影响时间分辨率。降雪量大的地点可以保存相对较厚的年层，从而能够详细重建短暂事件。在积雪累积量较低的地点，同样厚度的冰中可能包含长得多的记录，但各个年份也更难区分。掩埋和冰体变形还会使较老的冰层进一步变薄。(cp.copernicus.org)
钻取、处理与分析
机电式取芯钻机将冰逐段钻取为圆柱状样品。浅层、中层和深层研究采用不同的钻探系统；一种成熟的钻机设计能够从约400米深处取得直径104毫米的冰芯。深钻孔通常需要使用钻井液，以抑制孔壁闭合并维持冰芯质量。钻井液若进入裂隙，可能污染样品，因此污染检查也是实验室分析的一部分。(icedrill.org)
取出的冰芯段经过记录，在冻结状态下运输，再分配给各项分析研究，同时保留部分材料供未来使用。长期低温储存能够保存这些有限的资料：美国国家科学基金会冰芯设施的储存冷库保持在−36°C。保存的冰芯日后还可以借助改进的技术，或针对新的科学问题开展研究。(icedrill.org)
实验室方法包括化学测量、同位素分析、颗粒检测和气体提取。在连续流分析中，冰芯段被逐步融化，以便沿其深度测量多种性质。气体实验室采用干法提取或融化—再冻结程序，并结合色谱法和光谱学，确定气体浓度及同位素组成。(bas.ac.uk)
冰中保存的信息
水中各种同位素的相对丰度，尤其是氧和氢同位素的相对丰度，可以反映过去的气候状况。这些测量结果属于气候代用指标，而不是温度计的直接读数：解释这些结果时，必须考虑影响降水及其同位素组成的过程。粒雪中的扩散会使原始同位素信号变得平滑，削弱对极快速变化的保存能力。(bas.ac.uk)
封存的空气使研究人员能够直接测量过去的二氧化碳、甲烷及其他温室气体。这使大气气体记录有别于间接推断环境状况的代用指标。气体浓度及同位素组成的测量，有助于研究气候与碳循环之间的相互作用。(bas.ac.uk)
杂质还记录着其他环境过程。尘埃、各类化学物质和火山物质，为研究陆地尘埃来源、大气输送、海冰、生物活动和污染提供证据。与火山喷发有关的硫酸盐沉积还可以充当年代标志，将环境证据与冰芯定年联系起来。(bas.ac.uk)
定年与年代同步
冰芯年代序列为各个测量深度赋予相应的年代。在季节性变化仍可辨认的部分，研究人员利用可见特征和化学信号计数年层。能够识别的火山沉积物提供了参考层位，使不同冰芯的年代可以相互对应。这些方法可与冰流数值模型结合，用于建立年龄—深度关系。(legacy.bas.ac.uk)
同一根冰芯中，不同位置的定年精度也有所差异。冰层过薄、季节性信号微弱，以及某些年份积雪累积量极低，都可能使年层计数不可靠。因此，将冰芯与另一份分辨率更高的记录进行匹配，可能比单独依靠独立计数建立更可靠的年代序列。共同的火山信号对于比较格陵兰岛和南极洲的记录尤其重要，因为这种比较不必预先假定两地的温度变化同时发生。(cp.copernicus.org)
主要记录与研究应用
格陵兰岛冰芯记录了末次冰期期间多次突然增温事件，其中包括约40年内升温超过10°C的事件。南极洲记录呈现出不同的模式，有助于研究人员探究南北半球之间的联系，以及海洋环流在气候变化中的作用。这类比较为检验气候模型所描述的机制提供了证据。(legacy.bas.ac.uk)
欧洲南极冰芯计划（EPICA）在穹顶C建立了约80万年的记录。2025年1月，Beyond EPICA项目在小穹顶C完成了一根约2,800米长冰芯的钻取。后续分析报告称，其中存在一段估计可追溯至120多万年前的连续序列，不过精确定年仍有赖于对分析数据的综合。延长记录的目标是研究中更新世转型，在这一时期，主要冰期旋回的周期从约4.1万年转变为约10万年。(bas.ac.uk)
单个冰样的年龄不应与连续记录所涵盖的时长混为一谈。在小穹顶C，最深处的底部冰发生了严重变形，可能包含混合或重新冻结的物质。这些部分需要单独解释，不能直接视为未经扰动的连续年代记录的延伸。(bas.ac.uk)