今天標誌著國際極地年（IPY）的開始，這是一項為期兩年的探索地球兩極的任務。來自63個國家的約5萬名科學家、藝術家和其他參與者將開展460個專案，從在南極冰層中佈設中微子探測感測器，到調查因紐特人關於北極海冰的歷史知識，旨在在兩極發生變化之前，大規模提高對兩極的科學理解。“科學界認為，我們需要對極地地區進行緊急而全面的考察，”國際極地年國際專案辦公室主任大衛·卡爾森說。
本次國際極地年是自1958年國際地球物理年（IGY）結束以來，首次對極地地區進行如此全面的多國考察。“五十年前，我們是出於發現的動機，而現在我們是出於變化的動機，”卡爾森說。“那時我們首次測量了南極洲的冰層厚度。現在我們認為這種情況可能正在改變。那時我們首次觀察了極地地區的海洋環流，而現在它也在發生變化。”
本次國際極地年延續了奧地利極地研究員卡爾·韋普雷希特在19世紀70年代發起的傳統，他試圖團結當時的競爭國家，追求對極地的基本見解。儘管名稱如此，本次國際極地年將持續兩年，這是因為北極和南極的條件十分惡劣。專家表示，這可能是最後一次研究當前極地地區的機會；全球變暖已經在這些地區感受最為嚴重，並因此正在改變它們。
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以下是無數國際極地年專案中的幾個
建造一個冰立方體來捕捉中微子
中微子是物質的組成部分之一。但是由於它們不帶電（因此得名）並且質量很小，因此極難檢測。找到中性粒子的一種方法是等待它們與完整原子發生碰撞的極少數情況，從而產生帶電粒子的簇射。“當帶電粒子在非常透明的介質中移動時，它會發出藍光，”威斯康星大學麥迪遜分校的粒子物理學家弗朗西斯·哈爾岑解釋說。“由於粒子比光在[這種介質中]移動得更快，因此它會形成像水中的快艇一樣的弓形波。從弓形波，你可以繪製出原始粒子的方向。”
中微子由於不帶電，因此只要沒有發生過碰撞，就會沿直線從其產生的地方傳播。許多中微子是在我們自己的大氣層中產生的，另一些則來自太陽，還有一些可能來自遙遠的太空區域。“人們預測的常見來源類似於超新星、中微子、活躍星系、伽馬射線暴，”哈爾岑說。“大氣在其中微子的產生方面是完全均勻的。因此你要在地圖中尋找熱點。”
但是，要首先繪製出地圖，需要巨大的透明介質。哈爾岑和他的合作者突然想到利用南極下的冰作為這種介質。這個名為“冰立方體”的專案將把4800個光電倍增管（檢測光的感測器）沉入10億噸冰中，到達南極表面以下1英里（2.4公里）處。大約1500個感測器已經就位，透過衛星向麥迪遜的研究人員傳輸資料，而且冰層已被證明是這種感測器的最佳場所。“這種冰是由極其透明和純淨的雪製成的。它是壓縮了10萬年的雪，”哈爾岑說。“我們在南極冰層中發現了吸收率為300米的層，像在實驗室中製作的鹽晶體一樣透明。”當然，冰還提供了一個好處：“我們可以在我們的實驗中行走。”
繪製苔原和永久凍土圖
北極正在發生變化，但沒有什麼比解凍的永久凍土更不直觀的了。“你看不見它，就像冰川、雪和海冰一樣，”退休的冰凍圈專家、國際永久凍土協會主席傑裡·布朗說。但是解凍的永久凍土可能會產生顯著的影響，包括可見和不可見的，從阿拉斯加坍塌的道路和傾斜的樹木，到釋放出冰凍了數千年的溫室氣體。
本次國際極地年的兩個主要專案是建立永久性永久凍土觀測站和擴大國際苔原實驗（ITEX），該實驗是一個模型實驗，利用容易建造的溫室人為地加熱苔原的一部分。“我們測量某些苔原物種的生長速度以及植被組成和豐度。我們已經進入了生態系統功能、碳通量和養分通量，”不列顛哥倫比亞大學的生態學家格雷格·亨利說。“下一階段是進行更多的土壤生物學研究，測量地下真菌和微生物群落的變化，以瞭解它們如何對變暖做出反應。”
苔原實驗在某些地方已經進行了16年多，但將在世界各地擴大，甚至遠離兩極，擴大到澳大利亞山區和青藏高原的苔原。與此同時，世界各地的永久凍土觀察員將在至少30米（100英尺）深的鑽孔中進行測量，這是溫度在季節性週期中不會波動的深度，儘管有些鑽孔會更深。“這將是這些觀測站的永久性網路，包括活動層，即解凍層，”布朗說。“這將是國際極地年的偉大遺產，表明我們測量了永久凍土。”
ITEX還將有助於預測未來極地地區可能發生的事情。衛星觀測已經顯示苔原正在變綠，而地面人員報告說灌木和木本覆蓋物正在增加。由於這些植物比典型的淺色苔原覆蓋物顏色更深，因此它們會使所在區域更加溫暖。“這種反照率反饋可能導致與[二氧化碳]加倍相同的變暖，”亨利說。“這是一個重大影響。”
未被發現的山脈和冰的遺產
地球上很少有地方沒有被繪製成地圖；南極洲擁有一個不應該存在且從未見過的山脈。“它們與阿爾卑斯山脈一樣大，是南極冰蓋的發源地，”紐約市拉蒙特-多爾蒂地球觀測站的地球物理學家羅賓·貝爾說。“穩定的陸地中心不應該有山脈。”
繪製這個被掩埋的山脈將有助於科學家瞭解南極洲冰川的形成方式以及當今的冰蓋如何與下方地面相互作用。科學家們已經在冰下深處發現了巨大的湖泊，這是任何模型都未曾預測到的結果。
如果不瞭解冰與地面的相互作用方式，模型就無法準確預測冰在條件變化時的行為方式。考慮到這種陸地冰對全球海平面上升可能造成的災難性影響，更好地瞭解冰動力學是國際極地年的主要目標之一。而這一切都始於未被探索的山脈。“在上次國際地球物理年，我們認為南極冰蓋是一個巨大的枕頭，”貝爾說。“我們現在有一個非常不同的看法。”而這個看法將再次改變。
兩極的人民
對於北極冰層來說，沒有比因紐特人更好的嚮導了，他們已經研究冰層的輪廓好幾代了。被稱為siku的海冰引導獵人進行他們每年對給養的追尋，為他們提供進入狩獵場和躲避風暴的場所。海冰知識和使用（SIKU）專案旨在記錄一些資訊，因為獵人所知的海冰正在他們眼前發生變化。“海冰幾乎成了他們土地的延伸，”渥太華卡爾頓大學的人類學家克勞迪奧·阿波爾塔說。“他們對那些營地的記錄至少有200年的文字歷史了。”
透過在因紐特獵人的幫助下繪製當前的情況，並透過彙編基於口述歷史和長者記憶的過去地圖，研究人員希望捕捉因紐特人對海冰的特殊理解。透過將其與全球定位系統和遙感等現代工具相結合，可以更深入地瞭解海冰的基本性質，因為它正在發生變化。也許從中吸取的教訓可以反過來幫助因紐特人。“海冰凍結和破裂的模式正在發生變化，”阿波爾塔說。“他們必須適應。”
這就是極地年
兩極處於氣候變化的前沿——冰層融化、永久凍土融化、氣溫升高——但它們也處於天氣模式、全球海洋環流和海洋食物鏈的最前沿。例如，環繞南極洲的洋流在整個地球上分佈冷水，影響區域洋流和區域天氣，而南極冰架下繁衍生息的磷蝦則為藍鯨等大型動物提供食物。
國際極地年將擴大對兩極的科學知識，並將留下正在進行的專案遺產，以繼續我們在無限未來對兩極的理解。它還將對人類產生影響，從改善天氣預報到幫助評估北極居民的健康狀況。而且，它將提供一個面臨前所未有轉型的區域的快照。正如國際極地年的卡爾森所說：“我們似乎正在觀察一個緊急變化的系統。”