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南极冰盖再次亮红灯:二氧化碳水平过高 南极海冰或将永久消失

2019-11-28来源:花繁落烬
南极冰盖再次亮红灯:二氧化碳水平过高 南极海冰或将永久消失

当冰延伸到海洋时,南极洲的冰盖对地轴倾斜角度的反应最为强烈。

随着温室气体二氧化碳水平上升和全球变暖,南极洲的冰将变得更容易受到天文尺度的周期的影响,尤其是地球自转时的倾斜。

一项新的研究发现,在3000万年的历史中,当南极洲的冰盖延伸到海洋并与洋流相互作用时,冰盖对地轴倾斜角度的反应最为强烈。这些洋流会带来温暖的海水,拍打着冰盖的边缘,导致冰层融化加剧。这种地轴倾斜的影响在二氧化碳水平接近科学家们对下个世纪的预测时达到顶峰(如果人类不控制二氧化碳排放的话)。

研究人员1月14日在《自然地球科学》(Nature Geoscience)杂志上发表报告称,随着二氧化碳浓度超过400ppm,气候将对地轴倾斜变得更加敏感。

“真正关键的是大气中二氧化碳的含量,”该研究的合著者、威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin, Madison)的古气候学家斯蒂芬·迈耶斯(Stephen Meyers)说。

二氧化碳含量高、地球倾角大这种情况对于覆盖南极洲的几英里厚冰层尤其具有破坏性。

重建过去

迈耶斯说,在大约4万年的历史中,地球地轴像摇椅一样前后摆动。目前这一倾角约为23.4度,但也可低至22.1度或高至24.5度。

这个倾角关系到阳光照射地球的时间和范围,从而影响地球气候。

为了重建南极冰对这种倾斜的反应的历史,Meyers和他的合著者利用了一些关于过去地球气候的信息。这些信息的其中一个来源是来自海底的碳酸钙,这些碳酸钙是一种叫做底栖有孔虫的单细胞生物所留下的。这些生物会在自身周围分泌碳酸钙外壳,从而把当时的全球海洋和大气化学信息都连续地记录了下来。

而来自南极洲附近的沉积物记录则提供了另一个气候史来源,这是研究合著者、来自GNS Science和新西兰惠灵顿维多利亚大学的古气候学家理查德·利维(Richard Levy)的一个专长。在南极洲附近海底的长柱状岩心钻出的沉积物也保存着过去的记录。例如,冰川会在它所在的地方留下一种独特的泥、沙和砾石的混合物。迈耶斯说,这些岩心非常详细地记录了冰盖曾经所在的位置,但这些记录中有一些空白。

冰周期

研究人员利用这两个来源的数据拼凑出从了3400万到500万年前南极洲的历史。利维说,南极洲的第一个大冰原形成于3400万年前,而全年海冰在300万年前才成为常态,当时二氧化碳含量降至400ppm以下。

在大约3400万年前到大约2500万年前,当时二氧化碳的含量非常高(600 - 800ppm),南极洲的大部分冰是陆基的,与海洋并没有接触。研究人员发现,在这个时候,陆基冰的前进和后退对地轴的倾斜角相对不敏感。大约2450万到1400万年前,大气中的二氧化碳含量下降到400ppm到600ppm。冰盖更频繁地进入海洋,但没有太多的浮冰。这时,地球对地轴的倾斜变得相当敏感。

在1300万到500万年前,二氧化碳含量再次下降,低至200ppm,漂浮的海冰变得更加突出,冬天在开阔的海面上形成一个地壳,只有在夏天才变薄,对地球倾斜的敏感度下降。

利维说,目前还不完全清楚为什么冰盖对倾斜的敏感性会发生变化,但原因似乎与冰和海洋之间的接触有关。在高度倾斜时,极地地区变暖,赤道和两极之间的温差变得不那么极端,这反过来又改变了主要由这种极端温差驱动的风和洋流模式,最终增加了流向南极洲边缘的温暖海水的流量。

当南极洲的冰大部分是陆基的时候,这种洋流不会碰到冰。但是,当冰原与海底有接触时,温暖的水流则有很重要的影响。漂浮的海冰似乎阻挡了部分温暖水流,减少了冰盖融化的趋势。但当二氧化碳浓度高到足以使漂浮的海冰融化时,这些暖流就变得无人能挡。这似乎是地球地轴倾斜得最重要的时候,发生在2450万到1400万年前。

这段历史给南极洲的未来带来了麻烦。2016年,地球大气中的二氧化碳含量永久超过400ppm。利维说,在地球地质学历史上,二氧化碳含量上一次达到如此之高的时候,南极洲全年都没有海冰,他还说如果温室气体继续排放下去,海冰将会融化,“我们将回到一个已经消失了数百万年的世界。”

他说:“南极脆弱的海基冰盖将受到地球目前相对较高倾斜的影响,南极边缘的海洋变暖效应将会被放大。”

1月14日,另一组研究人员报告说,南极冰的融化速度已经是几十年前的六倍。研究人员发现,从1979年到1990年,南极洲大陆每年流失约400亿吨冰,从2009年到2017年,它平均每年损失2520亿吨冰。

利维说,研究人员目前正在研究他们发现的三种模式对地球倾斜敏感性的细微变化,但研究的主要信息已经很清楚了。

他说:“南极海冰显然很重要,我们需要继续努力,以找到实现减排目标的方法。”

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