太空尘埃揭示北极冰川融化速度超出预期

 自1979年有可靠卫星观测以来，北极海冰面积已缩减逾42%，随着冰层变薄、退缩，更多深色海水裸露在阳光下，加速了海洋吸热与区域升温，相关气候模型预示北极在未来数十年内可能出现夏季“无冰”的情形，这一转变将波及生态系统与人类活动格局。

研究团队引入了一种独特“示踪剂”——宇宙尘，来追踪海冰覆盖的时空演变。宇宙尘来自恒星爆发或彗星破碎，其微粒在靠近太阳时会携带一种极为稀有的氦同位素——氦-3，科学家通过检测海底沉积物中的氦-3特征，将宇宙尘与地球本底沉积区分开，从而判断哪些时期、哪些海域曾有开放水面，允许宇宙尘顺利沉降到海底。 论文指出，宇宙尘以近似稳定的速率降落地球，但一旦海面被厚冰长期覆盖，这些微粒就难以到达海底沉积层，沉积物中的宇宙尘含量随之大幅下降，因此“有尘”与“无尘”的分布，等同记录了古海冰的生消。

此次研究选取了北极三处具有代表性的沉积点位：一处接近北极点，现代几乎全年被海冰覆盖；一处位于夏末（9月）海冰最小范围附近；第三处在上世纪80年代仍基本全年有冰覆盖，而如今已出现季节性无冰期。 通过分析这三处沉积岩心中宇宙尘的含量变化，团队重建了过去约3万年的海冰覆盖历史：在约2万年前的末次冰期极盛期，沉积物中几乎检测不到宇宙尘，表明当时北极大片海域长期处于厚冰封锁之下；随后随着气候转暖、海冰退缩，宇宙尘开始重新在沉积记录中大量出现，反映出开放海水面积显著增加。

研究人员强调，这种基于宇宙尘的“古卫星记录”有望弥补现代卫星观测时间尺度较短的不足，使科学界能够将当前几十年的快速变化，置于数万年的长时间背景下加以对比。 论文第一作者、华盛顿大学海洋学助理教授Frankie Pavia指出，如果能够更准确刻画海冰在未来几十年中消退的时间与空间格局，将有助于理解高纬变暖机制、预判食物网与渔场的变化，并评估北极航道、资源开发等潜在地缘政治重塑的风险。

除了海冰本身的历史，这项工作还将重建的海冰变化与营养物质利用状况进行了对比，发现当海冰范围较小时，海水中营养盐被消耗得更加充分；而在海冰扩张时期，营养盐消耗水平明显降低。 团队通过分析有孔虫等微型浮游生物壳体中的化学同位素特征，推断其在生前对氮等营养元素的利用程度，从而间接反映不同时期初级生产者对营养盐的消耗状况。

研究提出了两种可能机制解释营养利用为何在“少冰”时期更高：一是海冰减少使更多阳光穿透水体上层，促进浮游植物光合作用与生长，从而提升营养盐吸收；二是融冰输入可能稀释表层海水中的营养盐浓度，导致从数据上看似乎是“消耗增加”，但实际是背景浓度下降造成的假象。 两种机制在观测上都可能表现为“高消耗”，但前者意味着真实的海洋生产力提升，后者则更多是营养被稀释而非生态系统增产，这对如何解读未来北极海洋生产力变化尤为关键。

论文指出，当前北极海冰的快速损失，正在打破过去数万年中相对缓慢、受自然气候节律驱动的变化格局，使区域辐射收支、海洋环流以及生物地球化学循环被迫在极短时间内重新平衡。 随着海冰逐步退至更靠近北极点的高纬地区，传统依赖冰缘生产力的食物网结构可能被改写，从浮游植物到鱼类再到海鸟、海洋哺乳动物，整个链条的能量与营养传递路径都面临重塑风险。

论文《宇宙尘揭示过去3万年中中部北极海冰覆盖的动态变化》已发表于2025年11月6日的《Science》期刊，由华盛顿大学、马萨诸塞大学波士顿分校、美国地质调查局及加州理工学院等多家机构研究人员合作完成，研究得到美国国家科学基金会及相关基金会支持。 研究团队表示，未来将继续拓展宇宙尘方法在其他极地与海域的应用，以构建更完整的全球古海冰和古海洋演化图景，为改进气候模型和生态风险评估提供关键约束。

编译自/ScitechDaily