冰芯以其保真性强、信息含量大、分辨率高和时间尺度长等优点,被广泛应用于冰冻圈与全球气候系统的交互机制研究,冰芯研究成为反演地球古气候环境、监测现代气候环境以及预测未来气候环境变化研究中一个极为重要的领域。采用冰芯物理和化学研究方法,通过冰芯定年,同位素、气体、黑炭、火山灰、离子和粉尘粒子等连续流分析,探索冰盖晶粒生长的动态特性,建立极地冰微观结构的演变过程和机理,对掌握全球气候变迁规律,预测冰川对气候变迁动态响应的动力学特征和海平面上升趋势等与人类生存息息相关的影响因素有着重要的意义。此外,冰的力学特性对冰川学、冰工程学、行星学和材料科学等领域的研究具有重要意义。
吉林大学建设工程学院极地研究中心利用自主研发的极地深冰下基岩无钻杆取芯钻探装备于2019年和2024年先后在南极中山站达尔克冰川获取了两支透底冰岩心,累计冰芯长度743m。为此,中心建立了冰岩芯科学实验室和冰力学性质实验室。
极地冰岩芯科学实验室秉承“聚焦前沿、共性导向、交叉融通”的科学研究理念,以冰芯、微生物、冰下基岩、冰下水文环境以及极地探测观测技术与低温工程材料为研究对象,打造多学科交叉的国际化科学实验室。目前,主要开展冰芯冰微观动力学、极地微生物的生物多样性与功能、南极古老地壳及陆核的识别、变质作用P-T演化以及构造、冰下湖体系水质理化特性与迁移、极地地球物理地空/航空电磁与地震探测技术和极端条件下轻量化先进金属基复合材料等方面的研究。实验室占地约500m2,设置低温冰物理实验室(-18℃)、冰化学实验室、水文实验室、地质实验室、低温样品库(-30℃)、会议室等功能区域。实验室配备了冰芯横切据和立式带锯、大面积扫描显微镜、冰样切片机及成像台、冰芯介电剖面测试平台(DEP)、直流电导率测试仪(ECM)、冰硬度测试仪和光纤布拉格光栅动态声波检测系统(FBG)、超纯水机、离子色谱分析仪,可实现对冰芯长时间存储、切割预处理和切片制作,并对冰芯的表观特征、电导率、电容率、硬度、弹性模量、动态粘性、内摩擦系数等物理力学参数以及阴、阳离子浓度等化学参数进行了测试。冰力学性质实验室配备100kN蠕变试验机、30kN电动疲劳试验机和-70℃低温环境箱,可测试冰的蠕变特性、疲劳特性、抗压强度、抗弯强度等力学性能参数。