研究人員發現中新世晚期的北極氣候條件

April 5, 2016 由阿爾弗雷德·韋格納研究所 (AWI) 亥姆霍茲極地和海洋研究中心領導的國際科學家小組成功地揭示了北冰洋氣候歷史的一些線索。利用羅蒙諾索夫海嶺的土壤樣本，他們能夠證明北極中部在600萬至1000萬年前的夏季完全無冰，地表溫度為攝氏4至9度。 至於春、秋、冬，地表都會有浮冰漂浮。正如最新一期《自然通訊》雜誌所報導的那樣，新數據標誌著重建過去北極氣候條件的基本一步，可用於驗證氣候模型。 研究中使用的樣本是在 2014 年夏天，在Polarstern 號科考船的一次探險期間收集的。 AWI 地質學家、探險隊領隊兼主要作者 Rüdiger Stein 博士將北極海冰描述為全球氣候系統中非常重要且敏感的因素，他表示，更了解海冰當前和過去變化的原因非常重要。 「對於這次探險，我們的目標是從北極中部獲取沉積物，我們可以用它來重建過去5000 萬年的海冰。到目前為止，我們缺乏合適的土壤樣本，因此也缺乏重建各個時期的數據。如此規模，」史丹教授用德語說道。 羅蒙諾索夫海嶺的西坡是北極中部的一座大型水下山脈，被選為採樣地點。這是因為該地點過去曾多次發生大型山體滑坡，導致底層沉積物和岩層暴露出約500公尺的厚度。研究人員也對海底分離邊緣（構造邊緣）的範圍感到驚訝，該邊緣從北極橫跨 300 多公里，幾乎一直延伸到西伯利亞一側的山脊南端。 使用沉積物岩心作為氣候檔案 在兩天內提取的沉積物岩心（每個岩心都長約四到八英尺）中，其中一個非常適合用作氣候檔案。利用稱為甲藻的微化石，研究人員能夠確定地核下部的沉積物大約距今六百萬至一千萬年前，可以追溯到中新世晚期。因此提取的樣本為研究人員提供了重建北冰洋中部氣候條件的獨特機會，迄今為止，該地區的數據非常模糊且相互矛盾。 一些科學家認為，在那段時間，北冰洋中部常年被冰覆蓋——就像今天的樣子。然而，這項假設似乎與研究結果相違背。根據新數據，在歷史上的時期，在夏季，北極和北冰洋中部一定是無冰的。 生物標記物可以洞悉過去的氣候 分析基於生物標記物，生物標記物是有機化合物，包含過去曾存活但現在保存在沉積物中的生物體。其中兩種生物標記是從土壤樣本中提取的。第一組是存在於水面上的鈣質藻類，需要開放水域並依靠陽光來生產食物/能量。在北冰洋中部，只有春季和夏季才有陽光，其餘月份則變暗。因此，從鈣質藻類的生物標記中獲得的數據可以顯示夏季的氣候條件。 此外，由於水溫的原因，鈣質藻類產生了不同的生物標記分子。 Stein 教授表示，根據這些分子，他們計算出北冰洋的表面溫度約為攝氏 4 至 9 度，這表明夏季無冰。 第二組生物標記物由北冰洋海冰矽藻組成，顯示北冰洋並非全年無冰。史丹教授博士說，透過將他們的記錄與地表水溫和海冰分佈進行比較，他們可以表明北冰洋中部在六百萬至一千萬年前的夏季可能是無冰的。在春天和去年的冬天，海冰會出現。 他補充說，北極肯定有與目前在北極邊緣海域發現的類似的季節性冰蓋。 新數據可以改進氣候模型 對北極過去氣候的重建得到了氣候模擬的支持。然而，這假定大氣中二氧化碳含量相對較高，為 450 ppm。這是因為在一些關於中新世晚期的研究中，如果二氧化碳含量較低，在280 ppm左右，就無法重建無冰的北極。 無論如何，到底是中新世時期的二氧化碳含量過高，還是中新世模擬在北極地區的敏感度不夠，還有待進一步研究。 正如斯坦教授博士所說，“如果我們的氣候模型能夠可靠地再現早期的海冰覆蓋情況，我們也將能夠對北極中部未來的氣候和海冰波動提供更準確的預測。” 研究連結。