南极洲的冰川讲述了两个截然不同的故事

MARUM-MeBo70 在阿蒙森海海底着陆的渲染图。图片来源：MARUM - 不莱梅大学海洋环境科学中心/Martin Künsting

近年来，全球变暖在南极冰原上留下了印记。南极洲"永恒"冰层的融化速度比以前想象的要快，尤其是在南极洲西部。阿尔弗雷德-魏格纳研究所领导的一个国际研究小组现在发现，其根源可能在于冰川的形成：钻芯沉积物样本结合复杂的气候和冰盖模型显示，南极洲的永久冰川大约始于 3400 万年前。然而，冰川作用并不像之前假设的那样覆盖整个南极大陆，而是局限于南极大陆的东部地区（东南极洲）。直到至少 700 万年后，冰才得以向南极西部海岸推进。

正如研究人员在著名的 《科学》杂志上描述的那样，新研究的结果表明，南极洲东部和西部对外界压力的反应大相径庭。

内松岛湾的 RV Polarstern 号。图片来源：英国南极调查局 / R. La

大约 3400 万年前，地球经历了一次最根本的气候转变，至今仍影响着全球气候状况：从没有或很少有大陆冰积聚的温室世界转变为有大片永久冰川地区的冰屋世界。在此期间，南极冰盖逐渐形成。由于缺乏可靠的数据和主要地区的样本，特别是南极洲西部的样本，人们还不知道冰盖是如何形成的，何时形成的，尤其是在哪里形成的。

阿尔弗雷德-魏格纳研究所（Alfred Wegener Institute）、亥姆霍兹极地与海洋研究中心（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）和不来梅大学海洋环境科学中心（MARUM）的同事们一起，填补了这一知识空白。

讨论海底钻井平台 MARUM-MeBo70 的钻探过程。图片来源：IODP / Thomas Ronge

研究人员利用 MARUM-MeBo70 海底钻机在南极洲西部阿蒙森海沿岸的松岛冰川和斯韦特斯冰川近海位置取回了一个钻芯，根据这个钻芯，他们首次确定了冰雪南极大陆的早期历史。令人惊讶的是，在南极冰川作用的第一个主要阶段，该地区没有发现任何冰存在的迹象。

领导研究小组的南极洲大学地质学家约翰-克莱格斯博士说："这意味着，大规模、永久性的第一次冰川期一定是从南极洲东部的某个地方开始的。这是因为南极洲西部在第一次冰川最盛时期一直没有冰。此时，南极洲西部大部分地区仍被茂密的阔叶林覆盖，气候凉爽温润，因此无法结冰。"

松岛湾一座巨大冰山前的 RV Polarstern 号。图片来源：阿尔弗雷德-魏格纳研究所/Johann

为了更好地了解南极洲第一块永久冰是在哪里形成的，南极洲大气研究所的古气候建模人员将新获得的数据与现有的气温和水温数据以及冰的出现情况结合起来。

"模拟结果支持了地质学家的独特岩芯结果，"AWI 的古气候建模师 Gerrit Lohmann 教授博士说。"这完全改变了我们对第一次南极冰川期的认识"。

根据这项研究，只有在南极东部北维多利亚陆地的沿海地区才具备形成永久冰的基本气候条件。在这里，潮湿的气团到达了强烈上升的横贯南极山脉--这是形成永久积雪和随后形成冰盖的理想条件。冰盖从这里迅速扩展到南极东部腹地。

PS104_21-3 号岩心钻探期间 MARUM-MeBo70 控制室的场景。图片来源：IODP / Thomas Ronge

然而，冰层到达南极洲西部还需要一段时间："直到大约 700 万年后，冰层才有条件向南极洲西部海岸推进，"南极洲大气研究所的古气候建模人员汉娜-克纳尔解释说。"我们的研究结果清楚地表明，在冰层推进到覆盖南极洲西部之前，天气必须变得多么寒冷，而当时南极洲西部的许多地方已经低于海平面"。

调查还令人印象深刻地表明，南极冰原的两个区域对外部影响和基本气候变化的反应是多么不同。Johann Klages 补充说："即使是轻微的变暖，也足以导致南极洲西部的冰层再次融化，而这正是我们现在所处的位置。"

国际研究小组的发现对于理解从温室气候到当前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地区如何影响全球气候动力学，即冰、海洋和大气之间的相互作用。这一点至关重要，正如约翰-克拉茨所说："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"。

研究人员借助 2017 年在南极洲西部的"Polarstern"号科考船 PS104 考察期间取回的独特钻芯，填补了这一知识空白。不莱梅 MARUM 公司开发的 MARUM-MeBo70 钻机是首次在南极洲使用。南极西部松岛冰川和斯维斯冰川附近的海底非常坚硬，以前无法使用传统钻探方法钻探到深层沉积物。MARUM-MeBo70 有一个旋转刀头，因此可以钻入海床约 10 米并取回样本。

编译自/ScitechDaily