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，尤其是地球自轉時的傾斜。一項新的研究發(fā)現(xiàn)，在3000萬年的歷史中，當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最為強烈。洋流會帶來溫暖的海水，拍打著冰蓋邊緣，導致冰層融化加劇。這種傾斜的影響在二氧化碳水平接近科學家們對下個世紀的預測時達到頂峰，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》(Nature Geoscience)上發(fā)表報告稱，隨著二氧化碳濃度超過百萬分之400，氣候將對地球的傾斜變得更加敏感。
博科園-科學科普：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：真正關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。傾斜關系到陽光照射地球的時間和地點，從而影響氣候。為了重建南極冰對這種傾斜的反應的歷史，Meyers和合著者使用了一些關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的古氣候學家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特的泥、沙和礫石的混合物。這些冰芯提供了一幅非常詳細的圖片，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了。
大約1500萬年前，當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。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。
當冰大部分是陸基的時候，這種流動不會碰到冰。但是當冰原與海底接觸時，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。
在地球地質學歷史上，二氧化碳含量上一次達到如此之高時，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)排放目標的方法！
博科園-科學科普｜參考期刊文獻:《Nature Geoscience》
文: Stephanie Pappas/Live Science
DOI: doi.org/10.1038/s41561-018-0284-4
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