科学家早就知道，在过去100万年内的某个时间点，格陵兰岛的大部分地区是无冰的。在岛上的西北高地上，矮矮的苔原沐浴在阳光下，南部则被一片昆虫环绕的云杉森林所覆盖。那时，全球海平面要比现在高出6到12米。放眼全球，如今数亿人的家园，都被淹没在海水之下。


不过，科学家并不知道，格陵兰岛的冰的消退，具体发生在何时。现在，在一项新发表于《科学》杂志的研究中，一个国际研究团队通过分析于冷战期间从格陵兰冰盖的一千多米深处采样的冻土样本，确定了这个时间点：它发生在大约41.6万年前，持续了大约1.4万年的时间。


冰下的世界  


上世纪60年代，美国科学家和美国陆军工程师在格陵兰岛西北部的“世纪营”，进行了为期6年的格陵兰冰盖钻探工作。世纪营是美军在格陵兰岛的一个秘密基地，它由核反应堆提供动力，包含一系列在冰盖上挖掘的隧道。


钻探地点距离海岸200多千米，冰盖厚达1387米。穿越这厚厚的冰盖，科考队继续向下面已经结冰的岩石土壤钻取了3米多厚的冻土样本。在近30年的时间里，很少有科学家关注这块冻土。几年前，丹麦的一组研究人员在哥本哈根的一个冰柜里，发现了这块被忽视已久的冻土。


上世纪60年代，美国陆军工程师George Linkletter在世纪营的科考基地检查一块冰芯。（图/ U.S. Army Photograph via The Conversation）


为了更好地对这块独一无二的“气候档案”进行分析，来自不同国家的科学家很快共同组成了一个国际研究团队。他们在这块冻土样本最靠上的部分，发现了保存完好的植物化石，有力地证明了世纪营之下的土地，曾在一段时间里是无冰的。


在格陵兰冰盖下的冻土样本中，有着保存完好的40多万年前的苔藓化石（左）和一颗莎草种子（右）。（图/Halley Mastro / University of Vermont）


但具体是什么时候呢？


年代测定  


为了保留样本最后一次暴露在阳光下的准确记忆，研究人员在黑暗的环境中对样本进行了分析。分析结果表明，覆盖着格陵兰西北部的厚一千多米的冰盖的消退，发生在被气候学家称之为MIS 11间冰期的时期。MIS 11间冰期是一段很重要的时期，这是地球经历的一次长时间的间冰期，跨越了42.4万年前至37.4万年前的时间。


为了更精确地确定冰盖究竟是何时融化的，研究人员采用了一种被称为发光定年的技术。随着时间的推移，矿物质会以铀、钍和钾等放射性元素的衰变和释放辐射的形式积累能量，沉积物被埋藏的时间越长，被困住的电子辐射就越多。


通过使用专门的仪器，研究人员测量了这些矿物质以光的形式释放的微小能量，进而计算了这些样本被埋藏了多长时长，因为它们最后一次暴露在阳光下会释放被困的能量。


在另一个实验室中，研究人员采用了一种不同的方法来测定样品最后一次接近地表的时间。这次他们关注的是铝和铍的放射性同位素。这些同位素形成于当宇宙线撞击地球上的岩石时，每种同位素都有不同的半衰期，因此它们在埋藏时的衰变速度也有所不同。


通过同位素测定，研究人员计算出，冰川的融化让这些陆地表面的沉积物在阳光下暴露了不到1.4万年的时间。


当研究人员将这些新的发现纳入一些冰盖模型时，模拟结果显示，格陵兰岛的冰盖在41.6万年前出现了大幅缩小，冰的边缘至少消退了数十到数百千米。与今天相比，这些冰川的融化导致海平面至少上升了约1.5米，甚至可能高达6米左右。


对未来的警示  


格陵兰冰盖下古老的冻土，向人类的未来发出了警告。


在MIS 11间冰期，地球是温暖的，冰盖被限制在高纬度地区，这与现在的情况很像。那时，大气中的二氧化碳含量在大约3万年的时间里一直保持在百万分之265~280之间，这诱发了足以融化格陵兰岛的大部分冰的升温。


现在，我们大气中的二氧化碳含量是MIS 11时的1.5倍，约为百万分之420，而且这一浓度每年都在上升。二氧化碳吸收热量，使地球变暖，大气过多的二氧化碳会导致全球气温升高。


在过去的十年里，随着温室气体排放的持续增加，人类经历了有记录以来最热的八年。初步数据显示，2023年7月出现了有记录以来最热的一周。这样的热量可以融化冰原，而冰的流失会进一步使地球变暖。


即使我们明天就停止燃烧一切化石燃料，大气中的二氧化碳水平也会在数千到数万年内保持高水平。这是因为二氧化碳需要很长时间才能进入土壤、植物、海洋和岩石。可以说，人类正在创造像MIS 11一样的长期温暖的环境。


除非人们大幅降低大气中二氧化碳的浓度，否则基于科学家目前对格陵兰岛的过去的发现，未来的格陵兰岛基本上将是无冰的。


参考来源：

https://theconversation.com/when-greenland-was-green-ancient-soil-from-beneath-a-mile-of-ice-offers-warnings-for-the-future-209018


本文来自微信公众号：原理 （ID：principia1687），作者：Paul Bierman（佛蒙特大学），Tammy Rittenour（犹他州立大学）‍