科學也可以如此靠近

別小看姿勢!地球「斜身轉」可能加劇南極消融


國家空間科學中心隨著二氧化碳排放量的增加,加劇全球變暖趨勢,南極洲的冰層將更容易受到地球活動的影響,尤其是地球斜著身子旋轉。新研究發現在過去的萬年,南極洲冰原對地球斜身旋轉角度的反應最為強烈。向海洋延伸時,南極洲冰原與洋流發生交互。洋流帶來了暖水,侵襲冰原邊緣...

- 2019年1月28日12時51分
- 【國家空間科學中心】

國家空間科學中心

隨著二氧化碳排放量的增加,加劇全球變暖趨勢,南極洲的冰層將更容易受到地球活動的影響,尤其是地球斜著身子旋轉。新研究發現在過去的3000萬年,南極洲冰原對地球斜身旋轉角度的反應最為強烈。向海洋延伸時,南極洲冰原與洋流發生交互。洋流帶來了暖水,侵襲冰原邊緣,進一步加快了冰原融化。如果人類不加緊控制溫室氣體排放,當下個世紀的大氣二氧化碳濃度達到科學家的預測值,地球斜身旋轉對南極冰層的影響將達到峰值。

研究人員在1月14日發表於《自然-地球科學》的論文中指出。隨著大氣中的二氧化碳濃度超過400ppm,氣候對地球的傾斜或者傾角將更為敏感。研究論文合著者、威斯康星大學麥迪遜分校古氣候學家史蒂芬·梅耶斯表示:「大氣中的二氧化碳數量至關重要。」研究指出二氧化碳濃度過高和傾角過大將對覆蓋南極洲的數公里厚冰層造成破壞性影響。

1500萬年前,大氣中的二氧化碳濃度在400到600ppm之間,南極洲幾乎沒有海冰蹤影(左),現在則被海冰環繞(右)。不幸的是,氣候變化威脅南極洲海冰的存在

梅耶斯表示地球斜軸將在4萬年時間裡像搖椅一樣來回擺動。當前的傾角在23.4度左右,未來的最小傾角可達到22.1度,最大可達到24.5度。傾角不僅影響陽光抵達地球的時間和位置,同時也影響地球的氣候。

為了重建地球傾角影響南極洲冰層的歷史,梅耶斯和同事參考了有關地球過去氣候的一系列資料。其中一個因素是來自洋底,由單細胞生物底棲有孔蟲留下的碳酸鈣。這種生物會在身體周圍形成一個碳酸鈣殼。在全球海洋和大氣的化學記錄中,科學家都發現碳酸鈣的蹤跡。

南極洲的一條冰川發生斷裂

南極洲周圍的沉積物記錄為氣候變化史提供了另一個原始資料。論文合著者、惠靈頓維多利亞大學的古氣候學家理察·利維致力於這方面的研究。通過洋底採樣,科學家獲取了這些沉積物。以冰川為例,它們會在所在地區留下獨特的泥沙和石塊混合物。梅耶斯表示沉積物記錄為他們描繪了一幅詳細圖畫,展示冰原過去的面貌。不過,沉積物記錄中存在一些空白。

藉助碳酸鈣和沉積物記錄,研究人員拼接出南極洲3400萬年前到500萬年前的歷史。利維表示南極洲的第一個大冰原形成於2400萬年前。直到300萬年前,南極洲的全年海冰才成為常態,當時的二氧化碳濃度不到400ppm。

布滿裂縫的南極洲派恩島冰川

3400萬年前到2500萬年前,大氣中的二氧化碳濃度達到600到800ppm,南極洲的絕大多數冰層棲息在陸地上,而不是與海洋交匯。2450萬年前到1400萬年前,大氣中的二氧化碳濃度降至400到600ppm,冰原更頻繁地向海洋進發,但漂浮海冰數量並不多。當時,地球氣候對斜軸非常敏感。

1300萬年前到500萬年前,大氣中的二氧化碳濃度再度下降,最低時只有200ppm。漂浮海冰更為常見,冬季時在開闊海域上方形成一個殼,夏季時也只是略微變薄。這段期間,南極冰層對地球傾角的敏感度下降。

南極洲的派恩島冰川

利維在接受《生活科學》雜誌採訪時指出,他們尚不清楚對地球傾角敏感度的這種變化如何發生,但原因可能與南極冰層與海洋的交互有關。在地球傾角較大時,極地地區較為溫暖,赤道和兩極之間不會出現極端溫差。這會改變風和洋流模式——主要由這種溫差驅動——最終增加進入南極洲邊緣的暖海水流。

在南極冰層幾乎全部棲息在陸地上時,暖水流不會接觸到冰層。但當冰原向洋底進發,與洋流接觸,暖水流便會產生巨大影響。漂浮海冰似乎阻擋住某些暖流,進而延緩冰原的消融趨勢。但當大氣中的二氧化碳濃度達到足以融化漂浮海冰的程度,暖水流便會暢通無阻。2450萬年前到1400萬年前,地球傾角的變化對南極冰層的影響最大。

南極半島亞歷山大島的斯特卡托峰。複雜的天氣和降雪導致科學家很難評估當地冰層的損益

令科學家感到擔憂的是,南極洲可能重蹈歷史覆轍。2016年,地球大氣中的二氧化碳濃度超過400ppm。利維表示上一次超過400ppm時,南極洲的全年海冰消失。如果繼續當前的溫室氣體排放量,南極海冰將進一步消融。「我們將退回到一個幾百萬年來從未有過的時代。當前的地球傾角較大,南極洲的脆弱海冰面臨挑戰。南極洲邊緣的海水升溫將進一步放大這種影響。」

1月14日,另一支研究小組報告稱南極冰層消融速度已達到幾十年前的6倍。研究人員發現1979年至1990年南極大陸每年損失大約400億噸冰,2009年至2017年每年損失2520億噸冰。利維表示:「南極海冰非常重要。我們需要加大努力並採取一系列措施,以實現減排目標。」

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