全新世中期罗斯海冰架与内陆冰川同步退缩：揭示南极冰盖对暖水入侵的快速响应

《Nature Communications》：Synchronous mid-Holocene marine and terrestrial deglaciation in the Ross Sea, Antarctica

为解决南极罗斯海地区海洋与陆地冰盖退缩记录存在时间差异的争议，研究人员利用斜坡热解氧化（RPO）14C和210Pb定年技术，对西南罗斯海沉积岩芯进行了高精度年代学重建。研究结果表明，约6.9-5.4 cal kyr BP期间，罗斯冰架发生了快速退缩，且与邻近出口冰川的减薄在时间上同步。这一发现不仅调和了海陆记录间的矛盾，更揭示了暖水入侵是驱动南极冰盖大规模同步退缩的关键机制，为预测未来海平面上升提供了关键的古气候约束。

　　

南极冰盖的稳定性是预测未来海平面上升的关键。其中，罗斯冰架（Ross Ice Shelf）作为南极最大的冰架，其作用如同一个巨大的“刹车”，阻挡着来自东西南极冰盖的冰流。一旦这个“刹车”失灵，冰盖将加速流入海洋，导致全球海平面急剧上升。然而，科学家们对罗斯冰架在过去的稳定性及其退缩模式存在争议。一个核心的谜团是：来自海洋沉积物的记录显示，冰架在全新世中期（约8000年前）就已开始大规模退缩；而来自陆地冰川的测年数据则表明，内陆冰川的减薄发生得更晚。这种海陆记录之间的“时间差”长达数千年，严重阻碍了我们对冰盖退缩机制的理解。

为了解开这个谜团，一个由新西兰奥塔哥大学、韩国极地研究所等机构组成的国际研究团队，在《自然·通讯》（Nature Communications）上发表了他们的最新研究成果。他们通过对西南罗斯海沉积岩芯进行高精度的年代学分析，首次揭示了罗斯冰架在全新世中期的快速退缩与邻近内陆冰川的减薄是同步发生的。这一发现不仅调和了长期存在的海陆记录矛盾，更将冰架退缩的“元凶”指向了暖水入侵，为预测未来南极冰盖的演化提供了关键的古气候证据。

关键技术方法

研究人员主要运用了以下关键技术来重建冰盖退缩历史：

1. 1.
   斜坡热解氧化（RPO）¹⁴C定年：这是一种先进的放射性碳定年技术。它通过程序升温将沉积物中的有机碳按热稳定性进行分离，从而能够精确测定与沉积物同时沉积的海洋有机质年龄，有效排除了古老碳（如冰川搬运的再沉积物）的污染，大大提高了定年精度。
2. 2.
   ²¹⁰Pb定年：用于确定沉积物顶部（近现代）的沉积速率和年龄，为¹⁴C定年模型提供了关键的现代约束，并有助于校正海洋碳库效应。
3. 3.
   岩芯沉积相分析：通过对沉积物岩芯的岩性、粒度、生物硅含量等指标进行分析，识别出从冰下环境（如冰碛物）到开阔海洋环境（如硅藻软泥）的转变，从而确定冰架退缩的地质标志。
4. 4.
   区域冰盖模型模拟：利用有限元模型（Ua）模拟了西南罗斯海地区的冰盖演化，将模拟的接地线退缩和冰川减薄过程与地质记录进行对比，验证了海陆过程之间的因果关系。

研究结果

1. 高精度年代学揭示冰架快速退缩

研究团队对西南罗斯海的四个沉积岩芯（GC71, GC72, GC78, GC80）进行了分析。这些岩芯记录了从冰下环境到开阔海洋环境的转变。通过结合RPO ¹⁴C和²¹⁰Pb定年技术，他们建立了高精度的年代模型。结果显示，开阔海洋条件在西南罗斯海地区建立的时间集中在6.9-5.4 cal kyr BP之间。具体而言，位于Mawson冰川和Mackay冰川前方的GC78和GC80岩芯，在约6.9和6.5 cal kyr BP时，沉积物从冰碛物（diamicton）突然转变为硅藻软泥（diatom ooze），表明接地线（grounding line）发生了快速、不稳定的退缩。

2. 海陆记录同步：冰架退缩驱动内陆冰川减薄

新的年代学数据为直接比较海洋和陆地记录提供了可能。研究发现，Mackay冰川的快速减薄发生在7.1-6.1 cal kyr BP之间，而其下游的GC80岩芯记录的冰架退缩发生在6.5 cal kyr BP。尽管在95%的置信区间内，两者可能完全同步，但模型模拟显示，冰川减薄可能比下游的接地线退缩早几百年开始，并在退缩发生后加速。这一发现表明，下游接地线的快速退缩是驱动上游内陆冰川减薄的关键机制。两者在时间上的紧密耦合，解决了过去海陆记录之间长达数千年的“时间差”争议。

3. 海底地形控制冰盖退缩模式

研究还揭示了海底地形在控制冰盖退缩速率中的决定性作用。在海底地形较深、且向内陆倾斜（逆坡，retrograde slope）的区域，如Mawson和Mackay冰川的冰槽，冰盖退缩最为迅速，并引发了内陆冰川的快速减薄，这一过程被称为“海洋冰盖不稳定性”（Marine Ice Sheet Instability）。相反，在海底地形较浅、存在“锚点”（pinning points）的区域，如罗斯岛（Ross Island）以北，冰盖退缩则相对缓慢。这种地形控制的差异解释了为什么不同区域的冰盖退缩时间存在差异。

4. 全新世中期罗斯海冰盖同步退缩

综合所有证据，研究团队提出了一个全新的罗斯海冰盖退缩模式。在全新世中期（约7-6.2 cal kyr BP），罗斯海冰盖发生了一次大规模的同步退缩。这次退缩不仅发生在罗斯岛以西的西南罗斯海，也同时发生在南部的Siple海岸。这种大范围的同步性表明，存在一个区域性的、强大的驱动因素，而不是局部的、零星的退缩。

结论与讨论

这项研究通过高精度的年代学重建，首次证实了全新世中期罗斯冰架的快速退缩与邻近内陆冰川的减薄是同步发生的。这一发现调和了长期存在的海陆记录矛盾，并揭示了海底地形在控制冰盖退缩速率中的关键作用。

研究最重要的意义在于，它指出了驱动这次大规模冰盖退缩的根本原因。如此大范围的同步退缩，不太可能由局部的、零星的驱动因素引起。最合理的解释是，当时有温暖的绕极深层水（Modified Circumpolar Deep Water）入侵到罗斯冰架下方，导致冰架底部融化，从而触发了整个区域的冰盖不稳定性。这一机制与当前南极阿蒙森海（Amundsen Sea）等地区正在发生的冰盖质量损失过程高度相似。

因此，这项研究不仅为理解南极冰盖的过去提供了关键证据，更重要的是，它警示我们，如果未来暖水入侵持续加剧，罗斯冰架可能再次发生类似全新世中期的大规模、快速退缩，从而对全球海平面构成严重威胁。