独特地质样本的回收有助于了解当今南极冰盖的形成过程

Josiah02 · 发表于 2024-7-6 13:57:42

近年来，全球变暖对南极冰盖产生了影响。南极洲的“永恒”冰融化速度比之前预想的要快，尤其是西南极洲的融化速度比东南极洲要快。阿尔弗雷德·韦格纳研究所领导的一个国际研究小组发现，其根源可能在于冰盖的形成。
钻芯沉积物样本结合复杂的气候和冰盖模型显示，南极洲的永久冰川期始于大约 3400 万年前——但并未像之前假设的那样覆盖整个大陆，而是局限于大陆东部地区（东南极洲）。直到至少 700 万年后，冰才能够向西南极海岸推进。
正如研究人员在《科学》杂志上所描述的那样，新研究的结果显示了东部和西部南极洲对外来强迫的反应存在很大差异。
大约 3400 万年前，我们的星球经历了最根本的气候变化之一，至今仍影响着全球气候条件：从温室世界（没有或很少有大陆冰积累）转变为冰室世界（有大片永久冰川区域）。在此期间，南极冰盖逐渐形成。由于缺乏可靠数据和关键地区（尤其是西南极洲）的样本来记录过去的变化，因此尚不清楚冰盖是如何、何时以及在哪里形成的。
如今，阿尔弗雷德·韦格纳研究所、亥姆霍兹极地和海洋研究中心 (AWI) 的研究人员与英国南极调查局、海德堡大学、诺森比亚大学 (英国) 和不来梅大学 MARUM 海洋环境科学中心的同事，以及亚琛大学、莱比锡大学、汉堡大学、不来梅大学和基尔大学、塔斯马尼亚大学 (澳大利亚)、伦敦帝国理工学院 (英国)、弗里堡大学 (瑞士)、格拉纳达大学 (西班牙)、莱斯特大学 (英国)、德克萨斯 A&M 大学 (美国)、森肯贝格和德国汉诺威联邦地球科学与自然资源研究所的合作者一起，已经能够弥补这一知识差距。
研究人员利用 MARUM-MeBo70 海底钻机在西南极洲阿蒙森海岸派恩岛和思韦茨冰川附近的某个地点取回了岩芯，并首次确定了冰封的南极大陆的诞生历史。令人惊讶的是，在南极冰川期的第一个主要阶段，该地区没有发现任何冰存在的迹象。
“这意味着大规模、永久性的第一次冰川期必定始于东南极洲的某个地方，”领导该研究小组的 AWI 地质学家 Johann Klages 博士说。这是因为西南极洲在第一次冰期最大时仍无冰。当时，它仍然被茂密的阔叶林和凉爽的温带气候所覆盖，阻止了西南极洲的冰形成。
东部和西部南极洲对外部条件的反应截然不同
为了更好地了解南极洲第一批永久性冰层形成的位置，AWI 古气候模型师将新获得的数据与现有的空气和水温以及冰层出现的数据相结合。
“模拟结果支持了地质学家的独特岩心研究结果，”AWI 古气候建模师 Gerrit Lohmann 教授说道。“这彻底改变了我们对第一次南极冰川的认识。”
根据这项研究，形成永久冰的基本气候条件只存在于东南极北维多利亚地的沿海地区。在这里，潮湿的气团到达了强烈上升的横贯南极山脉——这是永久降雪和随后形成冰盖的理想条件。从那里，冰盖迅速蔓延到东南极腹地。然而，它花了一段时间才到达西南极洲。
“直到大约 700 万年后，条件才允许冰盖向西南极海岸推进，”AWI 古气候建模师 Hanna Knahl 解释道。“我们的研究结果清楚地表明，在冰盖能够推进覆盖西南极洲之前，气温必须达到多低，而当时西南极洲的许多地方已经低于海平面了。”
调查还令人印象深刻地表明了南极冰盖的两个区域对外部影响和根本气候变化的反应有何不同。
克拉格斯补充道：“即使只是轻微的变暖也足以导致西南极洲的冰层再次融化——而这正是我们现在所处的情况。”
该国际研究团队的研究结果对于理解从温室气候到我们目前的冰室气候的极端气候转变至关重要。重要的是，这项研究还提供了新的见解，使气候模型能够更准确地模拟永久冰川区域如何影响全球气候动态，即冰、海洋和大气之间的相互作用。
正如克拉格斯所说，这一点至关重要，“特别是考虑到我们可能在不久的将来再次面临如此根本性的气候变化。”
利用新技术获得独特见解
研究人员在 2017 年西南极洲研究船 Polarstern 上的 PS104 探险期间取回了一个独特的钻芯，从而弥补了这一知识空白。不来梅 MARUM 开发的 MARUM-MeBo70 钻机首次在南极洲使用。
西南极洲派恩岛和思韦茨冰川附近的海床非常坚硬，以前使用传统钻探方法无法到达深层沉积物。MARUM-MeBo70 有一个旋转刀盘，可以钻入海床约 10 米并取回样品。

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