冰川领域期刊

冰川之景壮丽、神奇，世界上有不少冰川久负盛名，吸引着大批游客前去探险、观赏。地球上现存的冰川主要分布在南极、北极和中、低纬度的高山区。只是很不幸，随着全球气候变暖，冰川的面积、体积明显减少，有的甚至发生大规模塌陷或融化消失。

壮丽的冰川之景(图片来自网络)

一般人并不了解：在漫长的 历史 变迁中，地球表面的大片区域曾数次被巨大的冰川覆盖，随着地球气候、地质环境的变化，冰川也在变化着、移动着。科学家们意识到冰川变化移动的行踪里蕴含着对人类研究 地球发展史 有极为重要意义的信息。冰川的行踪问题被关注已有200年了，只是有些谜题多年来一直未能得到圆满的解释。近些年，在某种技术的帮助下，冰川的行踪之谜终于被揭开了，这个谜究竟是怎么揭开的呢？

地质学家们说，是 粒子加速器 帮助他们了解了冰川行踪的真相。

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冰川行踪之谜

地球表面覆盖有大规模冰川的地质时期称为 冰期 ，地球地质史上曾发生过多次大冰期，最近的一次大冰期称为“ 第四纪冰期 ”，约从距今200多万年前开始直到现在。

地球冰期年代划分(图中显示的是年代与温度的关系)(图片来自网络)

第四纪冰期的初期，规模巨大的冰川覆盖了地球北部的大部分地区。由于气候变化，冰川在经历寒冷和变暖(称为间冰期)的交替中有过多次大规模的进退，冰川的移动既有每天以快至30米的速度前进或后退之时，也有慢到以每年约半米的速度移动之时。冰川的移动不仅引起地球地貌的改变，同时还会引起海平面的变化、水系和水文条件的变化、气候的变化、生物的灭绝及变迁等，对整个地球的环境变化有很大影响。

正因冰川的行踪蕴含着丰富的地质信息，地质学家们对冰川移动的时间以及路径的变化十分感兴趣，追踪冰期中冰川的移动信息对研究地球的 历史 、了解近几十万年以来地球的气候变化、人类生存环境的演变具有 极高的研究价值 。

近200年来，地质学家们对冰期中冰川移动的研究并非一帆风顺。他们为理解冰期变化的周期，了解全球气候波动的地理分布并确定时间年表，想方设法用各种技术手段研究着冰川的行踪。

冰川行踪中的某些谜题一直困惑着地质学家们。例如，在相当长的一段时间内，地质学界曾有过这样一个共识：约18000年前，巨大的冰川覆盖了爱尔兰三分之二的地域。与此相关的理论模型由当时测算的地质定年数据分析获得，但直到20世纪初期，用各种技术手段得到的地质定年结果却差别很大，这就使地质学家们一直对此共识心存疑点。

近些年来，地质学家们得以使用了一项最新的技术，他们得到的新结果令人十分意外：18000年前的爱尔兰冰川要比原先测算分析的面积要大得多，不仅完全覆盖了整个爱尔兰，并且还延伸到离岸很远的地方。这是一项什么样的神奇技术呢？

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地质定年方法

为地质事件确定年代在地球发展史的研究中极为重要，科学家们一直在 探索 能准确地进行地质定年的技术手段。

20世纪50年代中期，美国布鲁克海文国家实验室的雷蒙德•戴维斯(Raymond Davis)(就是那位因研究来自太阳的电子中微子获2002年诺贝尔物理学奖的戴维斯)与研究产生宇宙环境背景辐射的奥利弗•谢弗(Oliver Schaeffer)合作提出了一个用“ 宇宙成因核素 (Cosmogenic Nuclides)”可以较准确地进行地质定年的思路。

雷蒙德•戴维斯(Raymond Davis)(图片来自网络)

所谓“ 宇宙成因核素 ”是指来自外层宇宙空间的宇宙射线粒子通过轰击暴露在地球外表的物质(包括大气层和地表)在其内部发生各类核反应产生了新的 核素 (具有一定质子数和一定中子数的原子)，包括这类核素的一些 同位素 (即质子数相同中子数不同的一类原子)。

宇宙射线 直接轰击 暴露在地表的岩石而产生的核素称为 “原地生成核素” ，包括 10 Be(铍)、 26 Al(铝)、 36 Cl(氯)、 3 He(氦)等。通过测定岩石中宇宙成因核素的浓度，并利用核素的生成量和因剥蚀、放射性衰变而引起的流失量函数可以计算出相应的岩石暴露时间从而确定其年代，这种方法被称为 “宇宙成因核素测年法” 。

根据这个原理应可以测算出冰川的行踪。冰川移动后地面或地物才暴露出来，在宇宙射线的照射下这些地面或地物中就会产生某些同位素(产生速率与纬度、高度及组成物的性质相关)。其中一些为 稳定同位素 ，它们的浓度会随着时间的推移逐渐增高，根据其产生的速率与积累的浓度便可计算出的时间从而确定其年代。另外，还会产生一些 放射性同位素 ，它们的浓度随着时间的推移在积累的同时又按自身的半衰期在衰减。综合以上这些条件，测定这些地面或地物中宇宙成因核素的浓度即可确定其暴露的年代，由所测的一系列数据即可较精确地计算出冰川 移动的行踪 。

20世纪50年代时，戴维斯和谢弗已对某些 原地生成核素 进行了研究，遗憾的是他们提出的这种可以用于测试地表岩石暴露年代的 新思路 在那时没有引起人们的足够重视。另一个原因是用这种思路进行研究需要更高灵敏度的粒子探测技术，这在当时还无法实现，地质学家们只能等待相关技术的发展。谁曾想，这一等就 等了几十年 。

戴维斯和谢弗1955年在《Ann NY Acad Sci》上发表的“Chlorine-36in nature”(图片来自网络)

20世纪70年代，斯里尼瓦桑(B. Srinivasan)以及横山幸治(YujiYokoyama)等人对这种宇宙成因核素测年法的研究有了进展。斯里尼瓦桑发现了宇宙成因同位素Xe(氙)(包括 124 Xe、 128 Xe、 131 Xe)，估算了它们的形成速率。而横山幸治等测定了宇宙成因同位素 22 Na(钠)和 24 Na的形成，给出了各种钠同位素形成速率的计算方法。

斯里尼瓦桑、横山幸治20世纪70年代在《 Earth andPlanetary Science Letters》上发表的文章(图片来自网络)

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新技术手段诞生

随着地质学、考古学等研究的发展，对长寿命宇宙成因核素测量的需求越来越迫切，而当时用以进行宇宙成因核素测量的 质谱测量法 及 衰变计数法 灵敏度不够高，相关领域的科学家们始终 期待着更新的技术手段 。

1977年，美国加州大学伯克利分校的理查德·穆勒(RichardA. Muller)提出了一个提高宇宙成因核素测年法灵敏度的新方法—— 用回旋加速器来探测长寿命宇宙成因核素 (如 14 C(碳)、 10 Be(铍)等)。而差不多就在穆勒提出建议的同时，美国罗切斯特大学的研究团队提出了用 串列加速器 (由两段或三段静电加速器组成)测量 14 C的计划(自然界中的 14 C是一种长寿命宇宙成因核素，对 14 C的精确测量对考古学、地质学、海洋学及生物医学等领域均有重要的意义)。

理查德·穆勒(Richard A. Muller)(图片来自网络)

穆勒1977年发表的“RadioisotopeDating with a Cyclotron”(图片来自网络)

实际上，用粒子加速器来进行用同位素来测定地质年代的方法在1939年就有人尝试过。路易斯·阿尔瓦雷斯(LuisW. Alvarez)(就是那位因发明氢泡室及其分析技术、发现共振态获得1968年诺贝尔物理学奖的阿尔瓦雷斯)和罗伯特·科诺(RobertCornog)利用美国劳伦斯伯克利国家实验室60英寸的 回旋粒子加速器 测定了自然界中3He(氦)的存在。但由于当时的粒子加速器束流品质有限，加之粒子探测技术还不够成熟，这方面的研究在此后近40年中无法更深入地开展。

阿尔瓦雷斯和科诺1939年在《Physical Review》上发表的“ 3 Hein Helium”(图片来自网络)

近40年之后，基于粒子加速器技术和粒子探测技术的不断突破，在穆勒等人1977年再次提出用粒子加速器测量长寿命宇宙成因核素的建议后，各研究团队的进展神速。加拿大麦克马斯特大学和美国罗切斯特大学就在1977年在同一期《Science》上发表了用 串列加速器 测量自然界 14 C的结果。

这种新的核分析技术—— 加速器质谱技术 (AcceleratorMass Spectrometry，简称AMS)诞生在20世纪70年代末并迅速发展起来。

加拿大麦克马斯特大学研究团队1977年在《Science》上发表的“Carbon- 14: Direct detection at natural concentrations”(图片来自网络)

美国罗切斯特大学研究团队1977年在《Science》上发表的“RadiocarbonDating Using Electrostatic Accelerators: Negative Ions Provide the Key”(图片来自网络)

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揭开冰川行踪之谜

加速器质谱技术 是基于粒子加速器和粒子探测技术的一种高能质谱测量，大多数加速器质谱技术所用的粒子加速器为 串列加速器 。它克服了传统质谱测量技术中的一些限制，具有极高的同位素 丰度灵敏度 (丰度指该同位素在这种元素的所有天然同位素中所占的比例，以百分数表示；丰度灵敏度表示测丰度时相对误差的大小)。普通质谱测量的丰度灵敏度最高为10 -8 ，而加速器质谱测量则达到了10 -16 ( 灵敏度竟然提高了数个量级 )，且样品用量少(仅ng量级)、所需测量时间短，迅速成为一种 具有强大优势的新技术手段 。

普通质谱测量示意图。样品电离后，通过电磁场选出特定荷质比来分析原子或分子的质量，但在分析所测核素时会受到有质量数相同的分子本底和同量异位素的干扰(图片来自网络)

加速器质谱测量示意图。可在离子源处引出负离子来抑制部分核素的同量异位素的产生，串列加速器可将负离子剥离成正离子，并利用核探测器鉴别出同量异位素，用于测量长寿命放射性核素十分有效(图片来自网络)

美国普渡大学的加速器质谱研究装置(图片来自网络)

德国HZDR离子束中心的加速器质谱研究装置(图片来自网络)

中国原子能院的加速器质谱研究装置(图片来自网络)

加速器质谱技术出现之后， 宇宙成因核素测年法的精度大大提高 ，这引起了地质学界的广泛关注，冰川行踪的研究有了获得突破的机会。

当冰川厚厚的冰层覆盖大地时巨大的岩石被困在冰下，冰层阻挡了宇宙射线对岩石的攻击。冰川消退的过程中有时会将一些巨石从地层深处推到地面，一旦巨石暴露出来，来自宇宙的射线就开始与岩石内的原子相互作用，迅速产生宇宙成因核素的稀有同位素，例如 3 He(氦)、 21 Ne(氖)或 10 Be(铍)等。

冰川消退过程中一些巨石露出地面受到宇宙射线的轰击(图片来自网络)

为了确定某块巨石是在何时被露出地面的，地质学家们用锤子、凿子，或者用石锯和小型爆炸装置，设法从巨石上弄下一块柚子大小的岩石样品带回实验室。他们将样品细细研磨后提取出某种特定的核素(例如以已知产生宇宙成因核素速率的石英，其主要成分是SiO 2 )，然后再向样品中的原子中加入一个额外的电子(例如发射铯离子)形成带负电荷的元素或分子离子。这些离子被送入 加速器加速 后再轰击薄的金属箔或气体，剥离它们的电子并摧毁剩余的分子，然后再进入 粒子计数探测器 。通过统计不稳定原子与稳定原子的比值，即可揭示宇宙成因核素的数量。根据样品中宇宙成因核素的含量，即可较准确地推算出冰川推出巨石的时间。

地质学家们携带设备到采集岩石样品的区域(图片来自网络)

切割岩石表面10×10厘米的小块岩石作为样品，精确记录每个取样点的GPS定位坐标，用以确定其相对于周围地貌结构和冰川沉积物的位置(图片来自网络)

在格陵兰岛为宇宙成因核素测年采集巨石样品(图片来自网络)

用加速器质谱技术进行宇宙成因核素测年所获数据可准确推算出 历史 上覆盖某处的冰层厚度，这是冰原理论计算模型的关键基础数据(图片来自网络)

美国能源部的《Symmetry》期刊在“用粒子加速器追踪冰川(Trackingglaciers with accelerator)”一文中介绍了弗雷德•菲利普斯(FredPhillips)等地质学家用加速器质谱技术对冰川行踪研究的进展。

《Symmetry》刊登的“Tracking glaciers with accelerator”(图片来自网络)

菲利普斯是美国新墨西哥州矿业与技术学院的冰川运动年代测定专家。由于他在水文、地球化学和地质学之间的相互作用，特别是宇宙成因同位素和地表暴露年龄之间的相互作用方面开创了跨学科的工作，曾多次获得国家和国际的奖项，并于2007年被授予美国科学促进会(AAAS)研究员的荣誉称号。

菲利普斯在 地球科学领域 的大部分成就源于此项技术，即利用岩石和其它地貌中宇宙射线反应形成的Cl(氯)放射性同位素的测量比率，来更精准地确定过去百万年的火山爆发、岩石雪崩、海啸、流星撞击、地震、山体滑坡和冰川运动等地质事件的年代。

弗雷德·菲利普斯(Fred Phillips)(图片来自网络)

菲利普斯1986年在《Science》上发表的“The Accumulation of CosmogenicChlorine-36 in Rocks: a Method for Surface Exposure Dating”(图片来自网络)

正因加速器质谱技术所具有的高灵敏度、小样本量、快速样品制备等优势，地质学家们对用原有测年方法获得的某些同位素的基准数据进行了重新测定， 纠正了原有各种测年方法存在的误差问题， 在地质测年精度方面取得了 重要突破。 根据加速器质谱技术的数据测算，地球的年龄比此前测算的减少了约70万年(够惊人的！)。新的测年标准为地球诞生、大陆及矿床形成、生物演化以及气候变迁等在内的种种地质过程列出了更为精确的时间表。

加速器质谱技术的出现有力推动了地球科学领域的研究进展，据不完全统计，20世纪80年代中期以来发表的关于冰川年代和其它地质年代这方面的研究论文已达数千篇。

通过宇宙成因核素测年获得的希腊南部伯罗奔尼撒半岛上的冰川行踪图(图片来自网络)

近些年，不少地质学家忙于深入研究地球 南极 西部的冰川行踪。这片冰川正处于缓慢崩塌的状态，而这片冰川的崩塌很可能引起海平面的大幅度上升，还会改变海洋循环和气候模式，引起干旱和严重的风暴，这些对地球来说都将是毁灭性的灾难。只有深刻了解 历史 上冰川的行踪才能更好地预见未来，才能研究出应对的办法， 加速器质谱技术将在这项研究中起至关重要的作用。

南极西部的冰川正在加速融化(图片来自网络)

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结语

纵观 历史 ， 加速器质谱技术 的发展大致经历了以下几个阶段：

20世纪70年代末至80代末，大部分加速器质谱装置是在核物理实验研究的粒子加速器基础上改造而成的，拥有大型粒子加速器的核物理实验室均 配置 了从事加速器质谱研究的束线管道，可以测量的核素类型也大大扩展(从 14 C(碳)扩展到 10 Be(铍)、 26 Al(铝)、 32 Si(硅)、 36 Cl(氯)、 39 Ar(氩)、 41 Ca(钙)、 59 Ni(镍)、 81 Kr(氪)、 129 I(碘)、 236 U(铀)和 239 U等)。当时的粒子加速器能量已较高，但用于加速器质谱测量时精确度和稳定性受到一定限制，而且仅有部分束流时间可提供给加速器质谱测量。

20世纪90年代初至21世纪初，由于考古、地质、环境等学科研究的发展，非专用装置无法满足用户的需求，加速器质谱测量的 专用 装置(大部份基于串列加速器)逐渐商品化，有些专用于 10 Be、 14 C、 26 Al、 36 Cl等宇宙成因核素的测量，有些则为海洋学或药物学等某个研究领域专用。

近10年来，加速器质谱测量装置加快向紧凑化、小型化、标准化发展，并在测量精度、灵敏度、测量效率等方面有很大提高，可测的宇宙成因核素不断增加，同时还做到了耗电量低、成本低、维护方便，为更广泛的应用奠定了坚实的基础。

加速器质谱技术是随着粒子加速器技术的发展而崛起的， 在地球科学领域的应用涉及地质、考古、水文、海洋、冰川、气候、地磁等多个学科，在环境科学领域可用于城市污染监测(研究空气中的来源)及核污染监测、全球环境气候变化等。除此之外，加速器质谱技术还在辐射防护、核安全、核废料、放射生态学、生物医学、毒理学和药理学、材料学、植物学、营养学等领域取得了重要研究成果。

这是粒子加速器技术对世界 科技 发展作出的又一重要贡献！

一、热点概况 新年伊始，继一篇吹捧“导师崇高感”和“师娘优美感”的“奇葩文”刷屏后，另一份核心期刊《银行家》又火了。据媒体报道，一篇发表于核心期刊《冰川冻土》上的论文，其中不少吹捧“导师崇高感”和“师娘优美感”的文字，而论文中提到的导师则是该杂志的主编。对此，央视热评曰“查一查还有多少专项资金被这类无耻奇文糟蹋”。一波未平一波又起，日前有学者发现《银行家》杂志主编开设“父子集”专栏，刊发自己的书法和儿子的文章，至今已有数十篇。该事件被曝光后，舆论纷纷指责，核心期刊岂能沦为主编父子“自留地”?目前，《银行家》杂志社的上级主管单位山西省社科院回应称，将对杂志社进行全面整顿，对主编王松奇进行相应处理。 二、各方观点 中国教育报：每个人都尽心呵护好学术的田园，才有望营造风清气正、互学互鉴、积极向上的学术生态。每个人都把社会责任放在首位，践行社会主义核心价值观，做真善美的追求者和传播者，才能让学术研究更有创新性，远离匆忙、急躁、浮躁和功利，进而形成崇尚精品、严谨治学、注重诚信、讲求责任的优良学风，从根本上发展壮大我国的文化教育事业。 北京青年报：核心期刊时不时刊出“马屁论文”“父子集”，必然影响核心期刊评定的权威性和公信力，这对核心期刊及其评定机制本身也是一种伤害。 中国青年报：当下，对于那些在审稿机制上存在漏洞，或并无实力维系办刊能力和要求的核心期刊而言，单靠其内部自律建立“自纠自查自改”的机制，几乎是缘木求鱼，难以起到实际作用。要改变一些核心期刊“掉价”的问题，除了要建立科学、完善、全面的评价体系，还要引入第三方评审、监督和管理的责任。 光明网：这一篇篇奇葩文章，让国家学术期刊沦为个人谋利工具，亵渎了学术尊严，也败坏了学术风气，丧失了基本的学术底线。只有严肃追责，并进行“系统维护升级”，严格选稿、审稿流程，真正发挥学术期刊的学术交流功能，杜绝以权谋私、学术腐败等种种乱象，才能找回核心期刊应有的样子，找回学术期刊的公信力和尊严。 三、深度分析 (一)核心期刊刊登“吹捧”老师文章折射出存在的问题： 1.期刊为了提升“影响因子”，在学术竞争的赛道上“抄近道”。 2.学术评价生态系统畸形：高校教师职称晋升、研究生评奖评优以发表论文为重要评价指标，这导致高校师生发表论文的总体需求增大，而一些刊物顺势而上，什么板块都会设置，既收取了高额的版面费，也满足了师生的实际需求。 4.部分研究人员学术道德存在欠缺。 (二)针对核心期刊发文不当的问题，可以采取的一些措施： 1.对学术期刊引入“同行评审”或“匿名评审”等评审机制，维护公平公正的学术氛围。 2.建立科学、完善、全面的评价体系，还要引入第三方评审、监督和管理的责任。 4.加强监管，严格学术刊物尤其是核心期刊的批准出版、遴选等工作，对于经营者未能严格遵守相关法律法规的，可撤销其刊号，建立核心期刊退出机制;还应遴选部分优秀学术刊物，给予相应奖励，以此激励更多学术期刊高质量发展。四、参考文章 守好核心期刊的核心地位 核心期刊是某学科的主要期刊。一般是指所含专业情报信息量大，质量高，能够代表专业学科发展水平并受到本学科读者重视的专业期刊。就在这样的刊物上，居然堂而皇之的刊登了一篇吹捧“导师崇高感”和“师娘优美感”的另类论文，该核心刊物《冰川冻土》是中国冰、雪、冻土和冰冻圈研究领域唯一的学报级期刊，一时引发舆论热议。争议尚未平息，又有一本核心期刊火了：《银行家》杂志主编王某在该刊开设“父子集”专栏，刊发自己的书法和儿子的文章，至今已有数十篇，其儿子首次在《银行家》发表散文和诗歌时年仅10岁。这样大跌眼镜的事情出现，让人唏嘘。 加强学术期刊建设，提高国内专业性期刊的学术水准，首先需要厘清自身性质——既然是学术刊物，就要建立和坚持现代学术刊物应有的审稿原则。对于那些不满足学术标准的行业期刊、科普读物，就不宜任其顶着核心学术期刊的名头。作为发表学术成果的主要平台，学术期刊更纯粹，学术事业才能得到公平、高效的发展。无论是作者还是编者，都应把科学性、严肃性放在第一位，对每一篇稿件、每一个项目、每一分经费负责，争取让权威期刊论文成为更有公信力的“公共产品”。对抄袭拼凑、夹带私货等学术不端行为，更要及时清理惩处。同时，大力发展教育事业，离不开社会各界的支持，需要家校之间更好合作，也需要相关部门加强监管，行业之间做好监督。 “吾爱吾师，吾更爱真理。”公元前数百年，古希腊哲学家亚里士多德便告诉世人追求真理中切忌崇拜权威。所谓在雪崩来临之前，没有一片雪花是无辜的，我们不能任由不正之行破坏学术之风，也不能放任利己之心违逆我国文化教育事业的优良传统。 (来源：光明网，中国教育报，人民日报)