南極冰蓋再次亮紅燈：二氧化碳水平過高 南極海冰或將永久消失

當冰延伸到海洋時，南極洲的冰蓋對地軸傾斜角度的反應最為強烈。

隨著溫室氣體二氧化碳水平上升和全球變暖，南極洲的冰將變得更容易受到天文尺度的周期的影響，尤其是地球自轉時的傾斜。

一項新的研究發現，在3000萬年的歷史中，當南極洲的冰蓋延伸到海洋並與洋流相互作用時，冰蓋對地軸傾斜角度的反應最為強烈。這些洋流會帶來溫暖的海水，拍打著冰蓋的邊緣，導致冰層融化加劇。這種地軸傾斜的影響在二氧化碳水平接近科學家們對下個世紀的預測時達到頂峰(如果人類不控制二氧化碳排放的話)。

研究人員1月14日在《自然地球科學》(Nature Geoscience)雜誌上發表報告稱，隨著二氧化碳濃度超過400ppm，氣候將對地軸傾斜變得更加敏感。

「真正關鍵的是大氣中二氧化碳的含量，」該研究的合著者、威斯康星大學麥迪遜分校(University of Wisconsin, Madison)的古氣候學家斯蒂芬·邁耶斯(Stephen Meyers)說。

二氧化碳含量高、地球傾角大這種情況對於覆蓋南極洲的幾英里厚冰層尤其具有破壞性。

重建過去

邁耶斯說，在大約4萬年的歷史中，地球地軸像搖椅一樣前後擺動。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。

這個傾角關係到陽光照射地球的時間和範圍，從而影響地球氣候。

為了重建南極冰對這種傾斜的反應的歷史，Meyers和他的合著者利用了一些關於過去地球氣候的信息。這些信息的其中一個來源是來自海底的碳酸鈣，這些碳酸鈣是一種叫做底棲有孔蟲的單細胞生物所留下的。這些生物會在自身周圍分泌碳酸鈣外殼，從而把當時的全球海洋和大氣化學信息都連續地記錄了下來。

而來自南極洲附近的沉積物記錄則提供了另一個氣候史來源，這是研究合著者、來自GNS Science和紐西蘭惠靈頓維多利亞大學的古氣候學家理查德·利維(Richard Levy)的一個專長。在南極洲附近海底的長柱狀岩心鑽出的沉積物也保存著過去的記錄。例如，冰川會在它所在的地方留下一種獨特的泥、沙和礫石的混合物。邁耶斯說，這些岩心非常詳細地記錄了冰蓋曾經所在的位置，但這些記錄中有一些空白。

冰周期

研究人員利用這兩個來源的數據拼湊出從了3400萬到500萬年前南極洲的歷史。利維說，南極洲的第一個大冰原形成於3400萬年前，而全年海冰在300萬年前才成為常態，當時二氧化碳含量降至400ppm以下。

在大約3400萬年前到大約2500萬年前，當時二氧化碳的含量非常高(600 - 800ppm)，南極洲的大部分冰是陸基的，與海洋並沒有接觸。研究人員發現，在這個時候，陸基冰的前進和後退對地軸的傾斜角相對不敏感。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。冰蓋更頻繁地進入海洋，但沒有太多的浮冰。這時，地球對地軸的傾斜變得相當敏感。

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。

利維說，目前還不完全清楚為什麼冰蓋對傾斜的敏感性會發生變化，但原因似乎與冰和海洋之間的接觸有關。在高度傾斜時，極地地區變暖，赤道和兩極之間的溫差變得不那麼極端，這反過來又改變了主要由這種極端溫差驅動的風和洋流模式，最終增加了流向南極洲邊緣的溫暖海水的流量。

當南極洲的冰大部分是陸基的時候，這種洋流不會碰到冰。但是，當冰原與海底有接觸時，溫暖的水流則有很重要的影響。漂浮的海冰似乎阻擋了部分溫暖水流，減少了冰蓋融化的趨勢。但當二氧化碳濃度高到足以使漂浮的海冰融化時，這些暖流就變得無人能擋。這似乎是地球地軸傾斜得最重要的時候，發生在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。利維說，在地球地質學歷史上，二氧化碳含量上一次達到如此之高的時候，南極洲全年都沒有海冰，他還說如果溫室氣體繼續排放下去，海冰將會融化，「我們將回到一個已經消失了數百萬年的世界。」

他說：「南極脆弱的海基冰蓋將受到地球目前相對較高傾斜的影響，南極邊緣的海洋變暖效應將會被放大。」

1月14日，另一組研究人員報告說，南極冰的融化速度已經是幾十年前的六倍。研究人員發現，從1979年到1990年，南極洲大陸每年流失約400億噸冰，從2009年到2017年，它平均每年損失2520億噸冰。

利維說，研究人員目前正在研究他們發現的三種模式對地球傾斜敏感性的細微變化，但研究的主要信息已經很清楚了。

他說：「南極海冰顯然很重要，我們需要繼續努力，以找到實現減排目標的方法。」

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