研究人员发现中新世晚期的北极气候条件

April 5, 2016 由阿尔弗雷德·韦格纳研究所 (AWI) 亥姆霍兹极地和海洋研究中心领导的一个国际科学家小组成功地揭示了北冰洋气候历史的一些线索。利用罗蒙诺索夫海岭的土壤样本，他们能够证明北极中部在600万至1000万年前的夏季完全无冰，地表温度为4至9摄氏度。 至于春、秋、冬，地表都会有浮冰漂浮。正如最新一期《自然通讯》杂志所报道的那样，新数据标志着重建过去北极气候条件的基本一步，可用于验证气候模型。 研究中使用的样本是在 2014 年夏天，在Polarstern 号科考船的一次探险期间采集的。 AWI 地质学家、探险队领队兼主要作者 Rüdiger Stein 博士将北极海冰描述为全球气候系统中非常重要且敏感的因素，他表示，更好地了解海冰当前和过去变化的原因非常重要。 “对于这次探险，我们的目标是从北极中部获取沉积物，我们可以用它来重建过去 5000 万年的海冰。到目前为止，我们缺乏合适的土壤样本，因此也缺乏重建各个时期的数据。如此规模，”斯坦教授用德语说道。 罗蒙诺索夫海岭的西坡是北极中部的一座大型水下山脉，被选为采样地点。这是因为该地点过去曾多次发生大型山体滑坡，导致底层沉积物和岩层暴露出约500米的厚度。研究人员还对海底分离边缘（构造边缘）的范围感到惊讶，该边缘从北极横跨 300 多公里，几乎一直延伸到西伯利亚一侧的山脊南端。 使用沉积物岩心作为气候档案 在两天内提取的沉积物岩心（每个岩心都长约四到八英尺）中，其中一个非常适合用作气候档案。利用称为甲藻的微化石，研究人员能够确定地核下部的沉积物大约距今六百万至一千万年前，可以追溯到中新世晚期。因此提取的样本为研究人员提供了重建北冰洋中部气候条件的独特机会，迄今为止，该地区的数据非常模糊且相互矛盾。 一些科学家认为，在那段时间，北冰洋中部常年被冰覆盖——就像今天的样子。然而，这一假设似乎与研究结果相悖。根据新数据，在历史上的那个时期，在夏季，北极和北冰洋中部一定是无冰的。 生物标记物可以洞察过去的气候 该分析基于生物标记物，生物标记物是有机化合物，包含过去曾存活但现在保存在沉积物中的生物体。其中两种生物标志物是从土壤样本中提取的。第一组是存在于水面的钙质藻类，需要开放水域并依靠阳光来生产食物/能量。在北冰洋中部，只有春季和夏季才有阳光，其余月份则变暗。因此，从钙质藻类的生物标志物中获得的数据可以表明夏季的气候条件。 此外，由于水温的原因，钙质藻类产生了不同的生物标记分子。 Stein 教授表示，根据这些分子，他们计算出北冰洋的表面温度约为 4 至 9 摄氏度，这表明夏季无冰。 第二组生物标记物由北冰洋海冰硅藻组成，表明北冰洋并非全年无冰。斯坦教授博士说，通过将他们的记录与地表水温和海冰分布进行比较，他们可以表明北冰洋中部在六百万至一千万年前的夏季可能是无冰的。在春天和去年的冬天，海冰会出现。 他补充说，北极肯定有与目前在北极边缘海域发现的类似的季节性冰盖。 新数据可以改进气候模型 对北极过去气候的重建得到了气候模拟的支持。然而，这假定大气中二氧化碳含量相对较高，为 450 ppm。这是因为在一些关于中新世晚期的研究中，如果二氧化碳含量较低，在280 ppm左右，就无法重建无冰的北极。 无论如何，到底是中新世时期的二氧化碳含量过高，还是中新世模拟在北极地区的灵敏度不够，还有待进一步研究。 正如斯坦教授博士所说，“如果我们的气候模型能够可靠地再现早期的海冰覆盖情况，我们也将能够对北极中部未来的气候和海冰波动提供更准确的预测。” 研究链接。