新发现:末次间冰期罗恩冰架顽强 “幸存”,重塑海平面上升认知

【字体: 时间:2025年01月30日 来源:Nature 50

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  西极冰盖(WAIS)对长期海平面预测影响重大,但关于其在末次间冰期(LIG)的规模直接证据稀少。研究人员分析 Skytrain Ice Rise 冰芯数据,发现罗恩冰架在 LIG 大多时期存在且接近现今范围,WAIS 或部分坍塌。该结果重塑对 LIG 海平面预算认知。

  在神秘的南极大陆,西极冰盖(WAIS)如同一个巨大的 “气候炸弹”,它的命运深刻影响着全球海平面的变化,进而对人类生活的海岸线地区产生难以估量的影响。在漫长的地质历史中,末次间冰期(LIG,约 12.5 万年前)是研究气候变化与冰盖响应的关键时期。那时,全球气候比现在温暖,海平面比如今高出数米,南极冰盖的融化被认为是海平面上升的重要 “推手”。然而,对于西极冰盖在末次间冰期的真实规模,科学界一直缺乏确凿的直接证据。现有的研究存在诸多争议,不同的冰盖模型模拟结果差异巨大,从西极冰盖的少量损失到几乎完全消失都有,这使得人们对未来海平面上升的预测充满了不确定性。
为了破解这些谜团,来自英国剑桥大学、英国南极调查局、德国图宾根大学等多个研究机构的研究人员组成团队,开展了深入研究。他们将目光聚焦在与西极冰盖相邻的 Skytrain Ice Rise(SIR)地区,通过分析这里的冰芯数据,试图还原末次间冰期西极冰盖和罗恩冰架的真实状况。研究成果发表在《Nature》杂志上,为我们理解南极冰盖在过去气候变化中的响应以及未来海平面上升趋势提供了重要线索。

在研究方法上,研究人员主要采用了冰芯分析技术。他们在 SIR 地区钻取了深度达 651 米的冰芯,通过连续流分析(CFA)以及离散采样,对冰芯中的多种成分进行精确测量。利用特定的年代测定方法,确定冰芯不同层位对应的年代。通过测量冰芯中的海盐(以钠元素为指标)和水同位素含量,结合其他相关数据,来推断冰架范围、当地冰面海拔变化以及西极冰盖的消融情况。

SIR 海盐记录


研究人员将钠(Na)作为冰芯中海盐的指示元素。海盐从海冰和开阔海洋的盐渍表面传输并沉积到冰盖,其在冰芯中的浓度受大气传输模式、强度以及海冰范围的影响。由于海盐要从罗恩冰架前沿跨越 680 千米才能到达 SIR,因此,距离冰架边缘的远近是影响 SIR 处海盐浓度的关键因素。如果冰架解体,海盐源靠近 SIR,其钠浓度会大幅升高。研究发现,在 12.6 万至 11.7 万年前的末次间冰期温暖阶段,SIR 的钠浓度比现今更低,直到 12 万年前才达到晚全新世的浓度水平。这表明在 12.6 万年前,罗恩冰架可能比现今范围更广,之后逐渐退缩至接近现今位置,没有迹象表明冰架完全解体。

SIR 水同位素记录


末次间冰期 SIR 的水同位素信号受气候(温度和海冰)变化、当地海拔变化以及南极地貌改变导致的大规模环流变化这三个因素共同影响。研究人员通过模型模拟估算出因末次间冰期气候导致的南极地区水同位素预期变化,同时结合冰芯中总空气含量(TAC)数据来推断当地海拔变化。综合分析发现,SIR 处水同位素值在末次间冰期显著高于全新世,这表明存在冰量损失,可能发生在 SIR 自身(海拔效应)或整个西极冰盖,但损失量比模型预测的西极冰盖完全坍塌时要少。

WAIS、罗恩冰架和末次间冰期


综合钠浓度数据和其他证据,研究人员得出结论:在 12.6 万至 12 万年前,罗恩冰架完好无损,且早期可能比现今范围更大。结合近期关于章鱼基因转移暗示末次间冰期存在海道的研究,研究人员认为,当时可能是阿蒙森海地区的冰量显著减少,而由罗斯和罗恩集水区的冰流补给的冰架依然完好。水同位素数据表明,西极冰盖可能发生了部分(而非完全)坍塌,且主要集中在阿蒙森海地区。

这项研究意义重大。它重新评估了末次间冰期海平面上升的预算,表明由于南极冰盖损失导致的海平面上升幅度和速率可能低于先前一些研究的估计。同时,削弱了支持某些预测 2200 年西极冰盖极端损失的观测基础,这些预测曾基于末次间冰期冰架下海洋显著变暖及海洋冰崖不稳定(MICI)机制。此外,该研究完善了关于末次间冰期西极冰盖变化的认知,为未来南极冰盖变化研究指明了方向,后续更多冰芯研究和高分辨率模型模拟将有助于更准确地预测南极冰盖对未来海平面上升的影响。

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