地球自轉(zhuǎn)軸傾角不斷變化影響南極冰蓋融化速度

北京時間1月23日消息，據(jù)國外媒體報道，隨著溫室氣體二氧化碳濃度不斷增加、全球持續(xù)變暖，南極冰蓋越來越容易受天文學(xué)尺度的循環(huán)周期影響，尤其是地球自轉(zhuǎn)軸傾角。

約1500萬年前，大氣中二氧化碳的濃度介于百萬分之400至600之間，在此期間，南極洲周圍不存在海冰。如今南極周圍雖被海冰圍繞，但受到氣候變化的嚴(yán)重威脅。

新研究發(fā)現(xiàn)，3000萬年來，南極冰蓋延伸入海時，對地球自轉(zhuǎn)軸傾角的反應(yīng)最為強烈，因為延伸入海的冰蓋會與溫度較高的洋流接觸，從而加速融化進程。假如人類對二氧化碳排放不加以控制，到了下個世紀(jì)時，大氣中的二氧化碳濃度便會接近歷史上自轉(zhuǎn)軸傾角對冰蓋融化速度達到最高峰時的二氧化碳濃度。

1月14日發(fā)表在期刊《自然地質(zhì)科學(xué)》(Nature Geoscience)上的一篇研究報告指出，隨著二氧化碳濃度突破百萬分之400，全球氣候?qū)Φ厍蜃赞D(zhuǎn)軸傾角的反應(yīng)將變得更加敏感。

“大氣中的二氧化碳含量是最關(guān)鍵的一點。”該研究的共同作者、威斯康星大學(xué)考古氣候?qū)W家斯蒂芬•梅耶斯(Stephen Meyers)指出。若二氧化碳濃度高、自轉(zhuǎn)傾角大兩個條件同時具備，將對厚達數(shù)公里的南極冰蓋造成致命性打擊。

重構(gòu)過去

4萬多年來，地球自轉(zhuǎn)軸傾角一直在不斷變化，“就像一把安樂椅般前俯后仰”。目前該傾角約為23.4度，但它一度曾小至22.1度，或大至24.5度。自轉(zhuǎn)軸傾角決定了陽光直射地面的時間和位置，因此會對氣候造成影響。

為重新構(gòu)建南極冰蓋對自轉(zhuǎn)軸傾角的反應(yīng)歷史，梅耶斯和共同作者們利用了幾個不同的、有關(guān)地球氣候歷史的信息來源。其中之一是由一種名叫“底棲有孔蟲”的單細(xì)胞生物留在海底的碳酸鈣。該生物會圍繞著自己分泌出一層碳酸鈣外殼，相當(dāng)于留下了一份遍及全球、持續(xù)不斷的海洋與大氣化學(xué)記錄。

南極周圍的沉積物記錄也為氣候歷史提供了另一信息來源。(氣候歷史正是本研究的共同作者、新西蘭惠靈頓維多利亞大學(xué)的古氣候?qū)W家理查德•勒維(Richard Levy)研究的專業(yè)。)這些沉積物由研究人員通過鉆探從海底取出，同樣記錄了過去的氣候信息。例如，冰川會在其所在位置上留下獨特的泥土、沙子與碎石混合物。因此這些鉆核可以詳細(xì)體現(xiàn)出冰川曾經(jīng)所在的位置。不過，這些記錄中也存在一定缺口。

冰循環(huán)

利用從這兩處來源獲取的數(shù)據(jù)，研究人員成功拼湊出了3400萬至500萬年前的南極歷史。勒維指出，南極的首個大型冰蓋約形成于3400萬年前，而常年存在的海冰一直到300萬年前方才成為常態(tài)，正是在300萬年前，二氧化碳濃度跌落到了百萬分之400以下。

從3400萬年至2500萬年前，大氣中的二氧化碳濃度一直非常高(百萬分之600至800)，且南極的大部分冰都位于陸地上，不與海洋接觸。在這一時期，南極洲冰蓋的變化對地球自轉(zhuǎn)軸傾角相對來說并不敏感。

在1300萬至500萬年前，二氧化碳濃度再次下降，達到了百萬分之200左右。此時海面浮冰變得更加普遍，冬季可在整個開放海域構(gòu)成一層冰殼，只有夏天才會有所變薄。在這一時期，冰層對地球自轉(zhuǎn)軸傾角的敏感度進一步下降。

科學(xué)家目前還不完全清楚為何冰蓋對自轉(zhuǎn)軸傾角的敏感度會發(fā)生變化，不過答案似乎與冰蓋和海洋之間的相互作用有關(guān)。當(dāng)傾角較大時，極地地區(qū)溫度更高，赤道與兩極之間的溫差也相對較小。因此風(fēng)和洋流規(guī)律也會隨之變化(其規(guī)律主要由溫差決定)，最終導(dǎo)致更多溫暖的海水流向南極邊緣。

當(dāng)冰蓋主要位于陸地上時，海水并不會觸及冰蓋。但一旦冰蓋與海水接觸，溫暖的海水便會造成重大影響。海上浮冰似乎能擋住一部分海水，減緩冰蓋的融化趨勢。但如果二氧化碳濃度足夠高、致使海水浮冰紛紛融化，這些暖流就如入無人之境。在這種情況下，地球自轉(zhuǎn)軸傾角的影響似乎便可達到最大。上次這種情況約發(fā)生在2450萬年至1400萬年前。

從這段歷史來看，南極的未來恐怕不容樂觀。2016年，地球大氣中的二氧化碳濃度超過了百萬分之400，并將永久維持在這一水平之上。勒維指出，上次二氧化碳達到這么高濃度時，南極周圍不存在全年浮冰。假如溫室氣體排放照現(xiàn)在這樣持續(xù)下去，目前的海冰也會日益減少。“我們將一下子跳回數(shù)百萬年前的那個世界。”

“南極脆弱的海上冰蓋會感受到目前較大的自轉(zhuǎn)軸傾角的影響，南極邊緣的海洋變暖也會繼續(xù)加劇。”勒維表示。

1月14日，另一組研究人員報告稱，南極冰蓋融化速度已經(jīng)比10年前快了10倍。研究人員發(fā)現(xiàn)，在1979至1990年間，南極洲每年約損失400億噸冰。但在2009年至2017年間，南極冰蓋的年均流失量已經(jīng)達到了2520億噸。

研究人員正在尋找上述三段時期中、影響冰蓋對地球自轉(zhuǎn)軸傾角敏感度的小規(guī)模變量。但主要信息已經(jīng)昭然若揭。“南極海冰顯然非常重要，”勒維表示，“我們還要繼續(xù)努力，設(shè)法實現(xiàn)減排目標(biāo)。”