今天标志着国际极地年（IPY）的开始，这是一项为期两年的探索地球两极的任务。来自63个国家的约5万名科学家、艺术家和其他参与者将开展460个项目，从在南极冰层中布设中微子探测传感器，到调查因纽特人关于北极海冰的历史知识，旨在在两极发生变化之前，大规模提高对两极的科学理解。“科学界认为，我们需要对极地地区进行紧急而全面的考察，”国际极地年国际项目办公室主任大卫·卡尔森说。
本次国际极地年是自1958年国际地球物理年（IGY）结束以来，首次对极地地区进行如此全面的多国考察。“五十年前，我们是出于发现的动机，而现在我们是出于变化的动机，”卡尔森说。“那时我们首次测量了南极洲的冰层厚度。现在我们认为这种情况可能正在改变。那时我们首次观察了极地地区的海洋环流，而现在它也在发生变化。”
本次国际极地年延续了奥地利极地研究员卡尔·韦普雷希特在19世纪70年代发起的传统，他试图团结当时的竞争国家，追求对极地的基本见解。尽管名称如此，本次国际极地年将持续两年，这是因为北极和南极的条件十分恶劣。专家表示，这可能是最后一次研究当前极地地区的机会；全球变暖已经在这些地区感受最为严重，并因此正在改变它们。
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以下是无数国际极地年项目中的几个
建造一个冰立方体来捕捉中微子
中微子是物质的组成部分之一。但是由于它们不带电（因此得名）并且质量很小，因此极难检测。找到中性粒子的一种方法是等待它们与完整原子发生碰撞的极少数情况，从而产生带电粒子的簇射。“当带电粒子在非常透明的介质中移动时，它会发出蓝光，”威斯康星大学麦迪逊分校的粒子物理学家弗朗西斯·哈尔岑解释说。“由于粒子比光在[这种介质中]移动得更快，因此它会形成像水中的快艇一样的弓形波。从弓形波，你可以绘制出原始粒子的方向。”
中微子由于不带电，因此只要没有发生过碰撞，就会沿直线从其产生的地方传播。许多中微子是在我们自己的大气层中产生的，另一些则来自太阳，还有一些可能来自遥远的太空区域。“人们预测的常见来源类似于超新星、中微子、活跃星系、伽马射线暴，”哈尔岑说。“大气在其中微子的产生方面是完全均匀的。因此你要在地图中寻找热点。”
但是，要首先绘制出地图，需要巨大的透明介质。哈尔岑和他的合作者突然想到利用南极下的冰作为这种介质。这个名为“冰立方体”的项目将把4800个光电倍增管（检测光的传感器）沉入10亿吨冰中，到达南极表面以下1英里（2.4公里）处。大约1500个传感器已经就位，通过卫星向麦迪逊的研究人员传输数据，而且冰层已被证明是这种传感器的最佳场所。“这种冰是由极其透明和纯净的雪制成的。它是压缩了10万年的雪，”哈尔岑说。“我们在南极冰层中发现了吸收率为300米的层，像在实验室中制作的盐晶体一样透明。”当然，冰还提供了一个好处：“我们可以在我们的实验中行走。”
绘制苔原和永久冻土图
北极正在发生变化，但没有什么比解冻的永久冻土更不直观的了。“你看不见它，就像冰川、雪和海冰一样，”退休的冰冻圈专家、国际永久冻土协会主席杰里·布朗说。但是解冻的永久冻土可能会产生显着的影响，包括可见和不可见的，从阿拉斯加坍塌的道路和倾斜的树木，到释放出冰冻了数千年的温室气体。
本次国际极地年的两个主要项目是建立永久性永久冻土观测站和扩大国际苔原实验（ITEX），该实验是一个模型实验，利用容易建造的温室人为地加热苔原的一部分。“我们测量某些苔原物种的生长速度以及植被组成和丰度。我们已经进入了生态系统功能、碳通量和养分通量，”不列颠哥伦比亚大学的生态学家格雷格·亨利说。“下一阶段是进行更多的土壤生物学研究，测量地下真菌和微生物群落的变化，以了解它们如何对变暖做出反应。”
苔原实验在某些地方已经进行了16年多，但将在世界各地扩大，甚至远离两极，扩大到澳大利亚山区和青藏高原的苔原。与此同时，世界各地的永久冻土观察员将在至少30米（100英尺）深的钻孔中进行测量，这是温度在季节性周期中不会波动的深度，尽管有些钻孔会更深。“这将是这些观测站的永久性网络，包括活动层，即解冻层，”布朗说。“这将是国际极地年的伟大遗产，表明我们测量了永久冻土。”
ITEX还将有助于预测未来极地地区可能发生的事情。卫星观测已经显示苔原正在变绿，而地面人员报告说灌木和木本覆盖物正在增加。由于这些植物比典型的浅色苔原覆盖物颜色更深，因此它们会使所在区域更加温暖。“这种反照率反馈可能导致与[二氧化碳]加倍相同的变暖，”亨利说。“这是一个重大影响。”
未被发现的山脉和冰的遗产
地球上很少有地方没有被绘制成地图；南极洲拥有一个不应该存在且从未见过的山脉。“它们与阿尔卑斯山脉一样大，是南极冰盖的发源地，”纽约市拉蒙特-多尔蒂地球观测站的地球物理学家罗宾·贝尔说。“稳定的陆地中心不应该有山脉。”
绘制这个被掩埋的山脉将有助于科学家了解南极洲冰川的形成方式以及当今的冰盖如何与下方地面相互作用。科学家们已经在冰下深处发现了巨大的湖泊，这是任何模型都未曾预测到的结果。
如果不了解冰与地面的相互作用方式，模型就无法准确预测冰在条件变化时的行为方式。考虑到这种陆地冰对全球海平面上升可能造成的灾难性影响，更好地了解冰动力学是国际极地年的主要目标之一。而这一切都始于未被探索的山脉。“在上次国际地球物理年，我们认为南极冰盖是一个巨大的枕头，”贝尔说。“我们现在有一个非常不同的看法。”而这个看法将再次改变。
两极的人民
对于北极冰层来说，没有比因纽特人更好的向导了，他们已经研究冰层的轮廓好几代了。被称为siku的海冰引导猎人进行他们每年对给养的追寻，为他们提供进入狩猎场和躲避风暴的场所。海冰知识和使用（SIKU）项目旨在记录一些信息，因为猎人所知的海冰正在他们眼前发生变化。“海冰几乎成了他们土地的延伸，”渥太华卡尔顿大学的人类学家克劳迪奥·阿波尔塔说。“他们对那些营地的记录至少有200年的文字历史了。”
通过在因纽特猎人的帮助下绘制当前的情况，并通过汇编基于口述历史和长者记忆的过去地图，研究人员希望捕捉因纽特人对海冰的特殊理解。通过将其与全球定位系统和遥感等现代工具相结合，可以更深入地了解海冰的基本性质，因为它正在发生变化。也许从中吸取的教训可以反过来帮助因纽特人。“海冰冻结和破裂的模式正在发生变化，”阿波尔塔说。“他们必须适应。”
这就是极地年
两极处于气候变化的前沿——冰层融化、永久冻土融化、气温升高——但它们也处于天气模式、全球海洋环流和海洋食物链的最前沿。例如，环绕南极洲的洋流在整个地球上分布冷水，影响区域洋流和区域天气，而南极冰架下繁衍生息的磷虾则为蓝鲸等大型动物提供食物。
国际极地年将扩大对两极的科学知识，并将留下正在进行的项目遗产，以继续我们在无限未来对两极的理解。它还将对人类产生影响，从改善天气预报到帮助评估北极居民的健康状况。而且，它将提供一个面临前所未有转型的区域的快照。正如国际极地年的卡尔森所说：“我们似乎正在观察一个紧急变化的系统。”