隨著溫室氣體二氧化碳水平的上升和全球變暖，南極洲的冰將變得更容易受到天文周期影響，尤其是地球自轉(zhuǎn)時的傾斜。一項新的研究發(fā)現(xiàn)，在3000萬年的歷史中，當(dāng)南極洲的冰延伸到海洋中，與洋流相互作用時，冰蓋對地軸傾斜角度的反應(yīng)最為強(qiáng)烈。洋流會帶來溫暖的海水，拍打著冰蓋邊緣，導(dǎo)致冰層融化加劇。這種傾斜的影響在二氧化碳水平接近科學(xué)家們對下個世紀(jì)的預(yù)測時達(dá)到頂峰，如果人類不能控制排放的話。研究人員于2019年1月14日在《自然地球科學(xué)》(Nature Geoscience)上發(fā)表報告稱，隨著二氧化碳濃度超過百萬分之400，氣候?qū)Φ厍虻膬A斜變得更加敏感。
博科園-科學(xué)科普：該研究的合著者、威斯康星大學(xué)麥迪遜分校(University of Wisconsin, Madison)的古氣候?qū)W家斯蒂芬邁耶斯(Stephen Meyers)說：真正關(guān)鍵的是大氣中二氧化碳的含量。二氧化碳含量高、傾角大的情況對覆蓋南極洲的幾英里厚的冰層尤其具有破壞性。在大約4萬年的時間里，地軸像搖椅一樣前后擺動。
目前這一傾角約為23.4度，但也可低至22.1度或高至24.5度。傾斜關(guān)系到陽光照射地球的時間和地點(diǎn)，從而影響氣候。為了重建南極冰對這種傾斜的反應(yīng)的歷史，Meyers和合著者使用了一些關(guān)于地球氣候過去的信息來源。其中一個來源是來自海底的碳酸鈣，它是一種叫做底棲有孔蟲的單細(xì)胞生物留下。
這些生物在自身周圍排出碳酸鈣外殼，鎖定在海洋和大氣化學(xué)的全球連續(xù)記錄中。研究合著者、來自GNS Science和新西蘭惠靈頓維多利亞大學(xué)的古氣候?qū)W家Richard Levy說：來自南極洲附近的沉積物記錄提供了氣候史的另一個來源，這些從海底鉆出的長柱狀巖心沉積物也保存著過去記錄。例如，冰川會在它所在地方傾倒一種獨(dú)特的泥、沙和礫石的混合物。這些冰芯提供了一幅非常詳細(xì)的圖片，顯示了冰蓋曾經(jīng)的位置，但記錄中有一些空白。研究人員利用這兩個來源的數(shù)據(jù)拼湊出了3400萬到500萬年前南極洲歷史。南極洲的第一個大冰原形成于3400萬年前，而全年的海冰在300萬年前才成為常態(tài)，當(dāng)時二氧化碳含量降至400ppm以下。
從大約3400萬年前到大約2500萬年前，二氧化碳含量非常高(600 - 800ppm)，南極洲的大部分冰是陸基的，與海洋沒有接觸。研究人員發(fā)現(xiàn)，在這個時候，大陸冰的前進(jìn)和后退對地球的傾斜相對不敏感。大約2450萬到1400萬年前，大氣中的二氧化碳含量下降到400ppm到600ppm。冰蓋更頻繁地進(jìn)入海洋，但沒有太多的浮冰。這時，地球?qū)Φ剌S的傾斜變得相當(dāng)敏感。在1300萬到500萬年前，二氧化碳含量再次下降，低至200ppm。漂浮的海冰變得更加突出，冬天在開闊的海面上形成一個地殼，只有在夏天才變薄。對地球傾斜的敏感度下降了。
大約1500萬年前，當(dāng)大氣中的二氧化碳含量在400到600 ppm之間時，南極洲缺乏海冰(左圖)。今天，南極洲被海冰(右圖)所包圍，而海冰正受到氣候變化的威脅。圖片：Richard Levy
目前還不完全清楚為什么這種對傾斜的敏感性會發(fā)生變化，但原因似乎與冰和海洋之間的接觸有關(guān)。在高度傾斜時，極地地區(qū)變暖，赤道和兩極之間的溫差變得不那么極端。這反過來又改變了主要由這種溫差驅(qū)動的風(fēng)和洋流模式，最終增加了流向南極洲邊緣的溫暖海水的流量。
當(dāng)冰大部分是陸基的時候，這種流動不會碰到冰。但是當(dāng)冰原與海底接觸時，溫暖的水流起了很大的作用。漂浮的海冰似乎阻擋了部分水流，減少了冰蓋融化的趨勢。但當(dāng)二氧化碳濃度高到足以使漂浮的海冰融化時，這些暖流就無法停止。這是地球傾斜似乎最重要的時候，發(fā)生在2450萬到1400萬年前。這段歷史給南極洲的未來帶來了麻煩。2016年地球大氣中的二氧化碳含量永久超過400ppm。
在地球地質(zhì)學(xué)歷史上，二氧化碳含量上一次達(dá)到如此之高時，南極洲全年都沒有海冰。如果溫室氣體繼續(xù)排放下去，海冰將會融化，我們將回到一個數(shù)百萬年都不存在的世界。南極脆弱的以海洋為基礎(chǔ)冰蓋將受到目前相對較高傾斜的影響，南極邊緣的海洋變暖將被放大。2019年1月14日另一組研究人員報告表示：南極融化速度已經(jīng)是幾十年前的六倍。研究人員發(fā)現(xiàn)，從1979年到1990年，歐洲大陸每年流失約400億噸冰。從2009年到2017年，它平均每年損失2520億噸冰。研究人員目前正在研究他們發(fā)現(xiàn)的三種模式對地球傾斜敏感性的細(xì)微變化，但主要的信息已經(jīng)很清楚了。南極海冰顯然很重要，我們需要繼續(xù)努力，找出實現(xiàn)排放目標(biāo)的方法！
博科園-科學(xué)科普｜參考期刊文獻(xiàn):《Nature Geoscience》
文: Stephanie Pappas/Live Science
DOI: doi.org/10.1038/s41561-018-0284-4
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