在海平面较低的冰期中，北冰洋与太平洋的对流中断，与北大西洋的对流大幅减少，而北极盆地仍有淡水流入。对流只能通过格陵兰-苏格兰海脊的狭窄通道进行。三张图依次显示了(1)一段时间内，北冰洋的淡化；随后是(2) 当盐水进入北冰洋，淡水流入北大西洋；和(3)北极冰盖在接触相对温暖的大西洋盐水时突然融化。 （图片来源：Alfred Wegener Institute/Martin Künsting）
在过去的15万年中，北冰洋曾被厚达900米的冰架覆盖着，并且至少有两次充满了淡水。经过德国阿尔弗雷德·韦格纳研究所（Alfred Wegener Institute，AWI）和不来梅大学海洋环境研究中心（MARUM）科学家的长期研究，这一令人惊讶的发现已发表在最新一期的《自然》（Nature）杂志上。经过对海洋沉积物成分的详细分析，科学家证明北冰洋和北欧海在至少两个冰河时期内不含有海盐。相反，这两个海厚厚的冰罩下充满了大量的淡水。随后，这些水在很短的时间内流入北大西洋。如此迅速的淡水补充可以解释快速的气候振荡发生的原因。该气候现象在这一发现之前并未找到令人满意的解释。
大约6万到7万年前，正是末次冰期内一段特别寒冷的时期，北欧和北美的大部分地区都被冰原覆盖着。欧洲冰盖始于爱尔兰和苏格兰，经斯堪的纳维亚半岛，一直延伸到喀拉海（北冰洋）的东部边缘，横跨5000多千米的距离。在北美洲，现加拿大的大部分地区被埋在两个大冰原之下。格陵兰岛和白令海沿岸的部分地区也被冰川覆盖。那更北面的北冰洋冰层情况如何？它是被厚厚的海冰覆盖着，还是漂浮在远离北极的巨大冰舌上呢？
迄今为止，这些问题的科学答案或多或少都是假设性的。与陆地上的沉积物相反，不规则的巨石、冰碛和冰川山谷是冰川的明显标志。然而迄今为止，在北冰洋只发现了少量巨大冰架的痕迹。阿尔弗雷德·魏格纳研究所亥姆霍兹极地和海洋研究中心和不来梅大学马鲁姆海洋环境科学中心的地球科学家们已经收集了北冰洋和北欧海的已有证据，并将其与新数据相结合，得出的结论令人惊讶。
根据他们的研究，在过去的150000年里，北部冰盖的漂浮部分覆盖了北冰洋的大部分区域。在大约70000~60000年前和150000~130000年前这两个时期，淡水在冰下积累，形成了一个持续数千年的全新的北冰洋。
“这些结果意味着我们应该改变对北冰洋冰川气候的理解。据我们所知，这是第一次考虑到北冰洋和北欧海域充满淡水——而且不是只发生一次，而是两次。”该研究的第一作者、阿尔弗雷德·韦格纳研究所的地球化学家Walter Geibert博士说。
（图片来源：pixabay）
沉积物中没有钍，因此一定不存在盐水
基于对北冰洋、弗拉姆海峡和北欧海不同地区的10个沉积物核心的地质分析，他们得出这一发现。堆积的沉积物反映了过去冰川的气候历史。在调查和比较沉积物记录时，地球科学家发现，总是在相同的两个间隔间缺少了一个重要的指标。“盐水中，天然铀的衰变会产生同位素钍-230。这种物质在海底积累，由于其半衰期为75000年，很长时间内都可以被探测到。”沃尔特·盖伯特解释道。
因此，地质学家经常使用这种钍同位素作为自然时钟。“因此，它在北冰洋反复地大量缺失向我们揭示了曾发生的变化。据我们所知，对这种模式唯一合理的解释是，北冰洋在历史上曾两次充满淡水——以冰冻和液态的形式。”文章的共同作者、同样来自AWI的微型古生物学家Jutta Wollenburg博士解释道。
北冰洋的新图景
这样一个广袤的海洋盆地，通过几个海峡与北大西洋和太平洋相连，怎么会变为淡水？“但在冰河时期，全球海平面比今天低130米，而且北极的冰可能会进一步限制海洋环流，如果认识到这一点，这种情况就可以理解了。”文章的共同作者、AWI和MARUM的地质学家鲁迪格·斯坦教授说。
像白令海峡或加拿大群岛这样的浅层连接地方，高于当时的海平面，完全切断了与太平洋的联系。在北欧海域，延伸到海底的大型冰山或冰盖限制了各水域间的交换。冰川的流动、夏季冰川的融化以及流入北冰洋的河流不断向系统输送大量淡水，每年至少有1200立方千米。其中一部分可能被迫涌入北欧海域，经由格陵兰-苏格兰海脊稀疏狭窄的连接处进入北大西洋，阻碍了盐水进一步向北渗透。于是，北冰洋充满了淡水。
“一旦冰障机制失效，较重的盐水可能会再次充满北冰洋，”Walter Geibert说，“我们认为，它会迅速取代较轻的淡水，导致累积的淡水突然从北欧海的南部浅海边界（即格陵兰-苏格兰海脊）流入北大西洋。”
北冰洋储存了大量可迅速释放的淡水，这一概念将有助于理解过去一系列气候波动之间的联系。这也解释了重建以往海平面的不同方法间出现的明显差异。Walter Geibert解释说：“珊瑚礁残骸表明，在某些寒冷时期，海平面比依据南极冰芯或小型海洋生物的钙质壳复原的海平面要高一些。现在，如果我们接受淡水不仅可以以固态的形式存储在陆地上，而且有些也可以以液态的形式储存于海洋，那么不同的海平面重建方法间就能更好地统一，我们就可以通过计算淡水预估量来协调珊瑚礁的位置。”
北极落日 （图片来源：Pixabay）
北冰洋的淡水流出也可能解释了末次冰期的一些气候突变事件。在这种情况下，格陵兰岛的温度可能会在几年内上升8~10摄氏度，直到数百年或数千年之后才会恢复到最初的寒冷冰川温度。“在这里，我们看到了一个关于地球系统过去的北极气候临界点的例子。现在，我们需要更详细地研究这些过程是如何相互关联的，并评估北冰洋的新概念如何有助于缩小我们知识的差距，特别是考虑到人为因素导致气候变化的风险。”Walter Geibert说。
翻译：荣济妍
审校：赵欢
引进来源：阿尔弗雷德·魏格纳研究所
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