过去75万年间北极-大西洋通道季节性海冰特征及其对泛北极冰架假说的挑战

本研究通过分析北极-大西洋通道（AAG）和北欧海两处站点的生物生产力记录与地球系统模型模拟，挑战了泛北极冰架假说。研究人员利用IP25等脂质标志物和XRF-Ca（clr）数据，揭示了过去75万年间该区域始终存在季节性海冰覆盖和开放水域浮游植物繁殖，表明泛北极冰架即使存在也仅为短暂现象。成果为理解北极极端寒冷气候状态提供了关键约束，发表于《科学进展》。

　　

论文解读

背景与问题
北极海冰的快速消退正推动科学家深入探究其历史演变规律。一个长期争议的假说认为，更新世冰期曾存在覆盖整个北极-北欧海的千米级厚冰架（pan-Arctic ice shelf）。这一假说基于海底地貌和地球化学记录，但缺乏精确年代约束和连续的古环境证据。尤其关键的是，冰架的存在会彻底改变海洋-大气相互作用模式，而目前对冰期北极海冰的时空特征认知仍存在巨大空白。

研究设计与结论
来自阿尔弗雷德·魏格纳研究所等机构的研究团队，通过整合北极-大西洋通道（AAG）和北欧海两处关键站点的沉积记录与地球系统模型（AWI-ESM2），重建了过去75万年的海冰动态。研究发现：1）生物标志物IP₂₅（指示季节性海冰）和浮游生物固醇（如dinosterol）在所有冰川-间冰期旋回中持续存在；2）XRF钙记录显示北欧海仅在MIS 16等极冷期出现短暂无生物生产力事件；3）模型模拟证实冰期北欧海始终存在开放水域走廊。这些证据共同表明，泛北极冰架若存在，其持续时间不超过6000-7000年。

关键技术方法
研究采用多学科交叉方法：1）脂质生物标志物分析（如IP₂₅、epi-brassicasterol）检测海冰和浮游生物生产力；2）X射线荧光（XRF）扫描量化钙含量（clr转换）作为有孔虫生产力指标；3）高分辨率氧同位素地层学（δ¹⁸O）建立年代框架；4）AWI-ESM2模型模拟LGM（末次盛冰期）和PGM（倒数第二次冰盛期）海冰分布。

主要结果

1. 北极沉积物年代约束
   通过δ¹⁸O、古地磁和生物地层标志（如钙质超微化石Pseudoemiliania lacunosa）建立精确年代模型，确认ODP 910A和MD99-2277岩芯分别覆盖75万年和44万年的连续沉积。

2. 中更新世以来的海冰演变
   IP₂₅浓度在MIS 16和LGM达到最低值，但始终未完全消失，表明极端冰期仍存在季节性海冰。XRF-Ca（clr）在MIS 10/12/16出现

3. 地球系统模型验证
   AWI-ESM2模拟显示：冰期北欧海东部存在由大西洋暖流维持的开放水域，与生物标志物记录一致；而中央北极终年冰盖（>80°N）与季节性冰缘区（MIZ）共存。

讨论与意义
研究首次系统论证了北极-北欧海在更新世冰期主要处于季节性海冰状态，挑战了Hughes等提出的泛北极冰架假说。例外仅见于MIS 16（约62万年前），此时大气CO₂浓度降至<180 ppmv，可能触发短暂冰架扩张。这一发现为理解北极冰盖-海洋耦合机制提供了新约束，并提示未来需开发耦合冰架-气候的模型（当前模型仍依赖预设冰盖边界条件）。成果对预测当前北极海冰消退的潜在阈值具有重要启示。