南极洲的古老冰原预示着地球未来的动态变化

熊明青

南极洲的古老冰原预示着地球未来的动态变化。信用:Unsplash/CC0公共领域

（）据威斯康星大学麦迪逊分校（威尔·库什曼）：1900万年前，在一个被称为中新世早期的时期，南极洲的巨大冰原快速反复地生长和消退。如果人类保持目前的碳排放轨迹，中新世被广泛认为是未来一个世纪地球气候的潜在模拟。

确定南极主要冰盖在中新世早期的行为方式和原因，有助于了解在气候变暖的情况下冰盖的行为。这些冰盖合在一起，锁住了相当于海平面上升50多米的水量，并影响洋流，进而影响海洋食物网和地区气候。他们的命运对地球上几乎所有地方的生命都有深远的影响。

虽然在数百万年的时间里，南极洲冰盖的波动与地球轨道上的自然振荡有规律地增减，但威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员和他们在世界各地的合作者发现了证据，表明南极洲冰盖在中新世时期的增长和收缩比以前知道的更频繁。

最近发表在《美国国家科学院院刊》上的这一新证据表明，在大约1920万年至1880万年前，冰盖在短短几千年的周期内多次生长和消退。这比地球轨道和旋转轴的周期性变化更快，这种变化被称为米兰科维奇周期，通常进展缓慢，在数万年或数十万年内改变地球的气候和冰盖。

“我们对南极冰盖快速波动的观察提出了一个有趣的问题，是什么导致了这种波动，”尼克·沙利文说，他是2022年UW大学麦迪逊分校的博士毕业生，领导了他论文研究的分析。

这项研究为了解冰盖过去的行为提供了一个前所未有的窗口，它依赖于南极钻探项目(ANDRILL)保存完好的沉积物记录。该项目是一项国际科学合作，通过从南极海床以下数百米处钻探的沉积物和岩石来收集过去气候条件的证据。

在2006年和2007年，在南极洲海岸的麦克默多海峡一个受两个大冰原影响的区域进行钻探，获得了中新世靠近冰原的详细沉积物记录。

“我们可以在2007年采集的岩石和沉积物芯中清楚地看到长期气候周期对冰盖范围的影响，但我们最初的观察不够详细，无法检测到短期变化，”合著者理查德·利维说，他是惠灵顿维多利亚大学的教授，也是新西兰公共研究机构GNS Science的首席科学家。

沙利文领导的最新分析现在允许科学家“在短至五个世纪左右的时间尺度上记录过去的冰盖变化，”UW-麦迪逊地球科学教授斯蒂芬·梅耶斯说，他曾与沙利文合作进行分析。

事实上，迈耶斯称之为非凡的档案馆。

这是因为它含有小块的砾石，这些砾石是随着冰山脱离冰原后漂离而沉入海底的。海洋沉积物中砾石的数量记录了冰盖的变化，例如冰盖的边缘何时靠近或远离海底的特定部分。

在测试沉积物中米兰科维奇周期的证据时，沙利文发现了砾石丰度的变化，表明附近的冰盖以短短1200年的周期前进和后退。

目前还不清楚是什么引发了冰盖在这些地质上频繁的间隔中前进和后退，但该团队根据之前对冰盖的研究提出了几个潜在的原因。

有一种观点认为，随着时间的推移，冰盖变得越来越陡峭，头重脚轻，导致冰盖崩溃。另一种观点认为，当厚厚的冰盖在崎岖不平的地形上前进时，摩擦产生的热量有助于暂时加快它们的速度。

“可能有多种机制在进行并相互作用，”沙利文说，包括当地气候和海洋的变化。

随着地球持续变暖，世界各地的科学家正在努力更好地了解地球轨道以外控制冰盖行为的许多因素。中新世早期与今天的世界并不完全相似，但新的研究表明，如果二氧化碳水平和温度因人为温室气体排放而继续上升，南极洲的冰盖可能会在未来几个世纪发生快速而意想不到的变化。

“长期以来，人们一直认为南极洲的冰盖在很长一段时间内保持巨大和稳定。但是我们观察得越仔细，就越能意识到冰盖对环境变化是多么敏感，”利维说。“当我们考虑我们需要以什么样的速度来适应由我们星球的冰盖融化和消退所驱动的未来海平面上升时，这种洞察力是关键的。”