創新技術試驗:以納米材料減緩達古冰川消融

2023.09.11

在中國西南部海拔5,000米的達古冰川之上,來自南京大學的朱斌教授和他的科研團隊正在俯身鋪設材料。他們把一層薄薄的白色材料鋪在皚皚冰川上,藉以減緩冰川融化。這似乎是另一場好比大衛與歌利亞的對決。然而,在這個故事中,「巨人」並非冰川,而是導致冰川融化的元兇——全球變暖。

達古冰川隱匿於雪山和原始森林之中,擁有豐富的動植物資源。直到1992年,科學家才在衛星影像中首次發現了這處冰川秘境。2010年,達古冰川景區正式對外開放,此後每年接待約20萬遊客。隨著當地旅遊業蓬勃發展,不少村民以旅遊業為生。但冰川消融加速,令人們不免為旅遊發展前景感到擔憂。

儘管達古冰川是最年輕的冰川之一,但與世界各地的冰川「前輩」一樣,它仍然難逃消融的命運。氣候變化導致它以驚人的速度融化。在短短幾十年內,這座形成於百萬年前的冰川面積縮減了70%。形勢十分嚴峻,行動迫在眉睫,因為冰川消融之後便無法逆轉,這將威脅到附近村民賴以生存的生態。

20057月到20237月達古冰川變化顯著。

朱斌教授是一位材料科學家,專門研究不同材料的性質和結構。在找到一勞永逸的終極解決方案之前,他相信自己找到了一種方法幫助延緩冰川融化——基於環保型醋酸纖維素,他研制出一種具有輻射製冷性能的納米薄膜材料。

朱教授解釋道:「這種技術可以將太陽光直射的熱量從冰川反射到其他地方,冰川自有的熱量也可通過這種多孔材料向外輻射,從而給冰川降辐射制冷材料溫,減緩其消融速度。」

此前世界各地的科研人員也曾試驗過多種保護方法,他們嘗試用不同的材料覆蓋和隔離冰川,結果各不相同。朱斌教授稱,輻射制冷材料的獨特之處在於,它的陽光反照率高達92%,而其他材料的陽光反照率僅約70%。這種技術還能夠將熱量輻射到大氣層外,進而提高冷卻效率。

朱教授團隊首先在實驗室中對雪、冰和冰淇淋開展試驗,在得到數據證明成效之後,他們才開始在冰川上做試驗。

「在我們的對照試驗中,我們覆蓋了大約200平方米的冰川,使冰川的消融速度減緩了三到四倍。當看到這個數據時,我們非常激動。」

朱教授團隊於20228月首次前往達古冰川開展試驗。

20228月,南大科研團隊在達古冰川開展大規模試驗,實施了迄今為止規模最大的冰川保護行動。騰訊也積極參與了這一項目,提供了資金和許多實際支持,是實踐公司「可持續社會價值創新」戰略的其中一步。

騰訊碳中和實驗室負責人許浩博士表示:「極端天氣事件頻發,影響越來越大。應對氣候變化和確保全球可持續發展刻不容緩,但採取行動的機會窗口正在加速關閉,冰川的快速融化也印證了這一點。」

「達古冰川試驗具有重要的社會價值和科學價值。騰訊始終以『科技向善』為願景,我們希望發揮科技和創新的力量,創造出積極的社會價值。這項探索與我們的願景不謀而合,我們很榮幸能夠參與其中貢獻力量。」

達古冰川風景名勝區管理局副局長黃仕海表示:「冰川消融會影響整個生態系統,整個景區內的動植物、湖泊和所有生物都將受到影響。南京大學開發這種新型高科技材料來保護冰川和環境,這一舉措讓我們備受鼓舞。人們對冰川的關注度越來越高,環保意識也越來越強。這是一個非常有意義的項目。」

今年六月,朱教授團隊在10個月內第二次登上達古冰川頂峰,再次鋪設約400平米的輻射制冷材料並準備測量數據。

當地社區和村民自發幫助他們搬運厚重的覆膜捲軸和其他設備。

村民列干澤說:「達古冰川是我們的家園。冰川養育了我們。」

這種位處高海拔的工作對科研團隊而言是體能的考驗。由於溫度很低而海拔極高,南大團隊的幾名研究人員均產生了高原反應。他們隨身攜帶氧氣瓶,跨越融雪等重重困難,盡可能延長工作時間。

為了將輻射制冷材料牢牢地固定在冰川光滑的表面上,研究人員趴在冰面上鑽孔,每鑽一個孔需時30分鐘左右。隨後,他們在打好的孔裏插上竿子,通過測量竿子的位置來推測冰川融化的速度,並用雷達掃描冰層厚度,以此來評估纖維素薄膜的有效性。

這是朱斌教授第一次走出實驗室做試驗。他頗為自豪地表示:「這個項目是跨學科合作的典範。」

「我以前做的所有試驗都是在實驗室裏完成,這是我第一次在野外開展如此大規模的試驗。尤為特別的是,我們的專家團隊來自各個學科領域,大家齊心協力,無縫協作,才確保了項目順利啓動和實施。」

驗證輻射制冷材料的有效性一般需要三到五年的時間。如果效果理想,且材料生產成本較為合理,這種纖維薄膜在保護達古冰川和世界其他冰川的過程中將發揮關鍵作用。這種材料也可能應用於工業領域。

「在材料學方面,我們有一種說法:料要成材,材要成器,器要能用。」

在朱斌教授的內心深處,科學並非推動這場探索試驗的唯一要素。

「過去兩三年間,我們得到了當地村民的大力支持。保護冰川不僅能帶來生態效益,還能幫助當地村民維持生計,因此這項任務的重要性更加凸顯。」

「目前的數據初步表明,輻射制冷材料是一種有效的解決方案,可惜這只是一種權宜之計。冰川融化的根本原因是全球變暖,因此減少碳排放是拯救冰川的唯一手段。全世界都要積極行動起來,解決全球變暖問題,拯救我們的地球,也拯救人類自己。」