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两极冰融：冰化的危机南北不同

晰数塔互联网快讯
2020-12-10 17:36

本文来自微信公众号：十点科学（ID：Science_10），作者：祝叶华，环境科学与工程博士，题图来自：视觉中国

地球两极正在遭遇危机。11月27日，国家遥感中心发布的《全球生态环境遥感监测2020年度报告》显示，本世纪以来南极冰盖表面近1/5已融化，预测未来冰盖表面融化还将继续增加，对海平面上升的影响将变得显著。

而除了海平面上升和极端天气之外，另一些潜在的影响还少为人知。

就像炎炎夏日里的冰块一样，地球上的冰盖和冰川正在缩小。极地冰融化和把方糖搅拌到咖啡里有什么区别呢？实际上，两者都是不可逆的。不同的是，极地冰盖和冰川融化会引起海平面上升、扰乱全球气候系统，迫使生活在两地的动植物开始做出生存改变。当然人类活动也不免受到影响。

一、地球两极的冰王国

从迷人的野生动物到令人惊叹的崎岖景观，极地到处都充满了壮观的体验。北极和南极都是白雪覆盖的地区，它们一起构成了地球的寒带。极地冰的主要存在类型是冰盖。所谓冰盖是指面积大于5万平方千米的巨大冰川体，是陆地冰川的特殊类型。

冰盖是陆地冰的主体，当前仅存的冰盖为南极冰盖和格陵兰（位于北极地区）冰盖。南极冰盖面积约1400万平方千米，占全球陆地总面积8.3%，平均冰厚约2100 米，冰储量约3000万立方千米，相当于全球海平面56.6米的变化量。格陵兰冰盖当前面积约184万平方千米，占全球陆地总面积1.2%，平均冰厚约1600 米，冰储量约300万立方千米，相当于全球海平面7.4 米的变化量。

全球冰量分布图，冰盖占了99%。|编辑制图

冰盖并非是极地冰存在的唯一形式，冰川、海冰也充斥在两极地区。它们虽然体积和冰盖不能相比，但面积非常可观。由于地理分布的不同，两极海冰的厚度和夏季的融化情况不尽相同。

北极海冰不像南极的海冰那样易移动，它们更倾向于停留在北极水域。浮冰更容易聚合或相互碰撞，堆积成厚厚的山脊。这些聚合的浮冰使北极的冰变得更厚。脊冰的存在及其较长的生命周期导致冰在夏季融化期间保持冻结的时间更长。所以一些北极海冰在整个夏天都存在，并在接下来的秋天继续增长。

在南极，开阔的海域允许正在形成的海冰更加自由地移动，然而，南极海冰形成山脊的频率远低于北极海冰。此外，由于南极洲的北面没有陆地边界，海冰可以自由地向北漂入温暖的水域，最终融化。因此，几乎所有南极冬季形成的海冰在夏季都会融化。海冰在南极停留的时间没有在北极停留的时间长，所以它没有机会变得像北极的海冰一样厚。

尽管如此，南北极面临的危机却是相同的，人类活动导致的海洋和大气变暖正在削弱地球两极冰的含量。

二、南极冰盖融化速度远超想象

南极洲98%的表面被冰雪覆盖，其冰盖的冰储量占了全球总冰量的90%——北极格陵兰冰盖仅占9%——将近世界淡水资源的70%。但这广阔极地的冰盖在下个世纪可能会销声匿迹。

2020年9月23日一项发表在《自然》杂志上的研究揭示，如果全球变暖不加以遏制的话，南极洲很快会走上一条“不归路”，该大陆上覆盖了3000多万年的冰雪将荡然无存。

研究人员利用计算机模拟了温室气体排放对全球平均气温以及对未来南极洲样貌的决定性影响。他们发现，如果全球平均温度比工业化前的水平上升4℃，并持续一段时间，南极洲西部的大部分冰架将会碎裂，全球海平面将上升6.5 米——如此高的涨幅将摧毁纽约、东京和伦敦等沿海城市。

这并非危言耸听，这种情况可能在几十年内成为现实。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）曾推测，如果允许目前的温室气体排放水平持续到2100年，全球平均气温将上升5℃。如果温室气体排放水平增加，情况可能会变得更糟：

在未来几千年的任何一段持续时间内，全球气温如若比工业化前的水平上升6至9℃，那么南极洲现在70%以上的冰将不可逆转地消失。更有甚者，如果气温上升10℃，欧洲大陆也注定成为全年无冰的大陆[1]。

其实早在2019年，就有研究指出，南极洲西部的许多冰架（即陆地冰延伸到海洋的部分）正在经历失控的融化，该地区大约25%的冰有坍塌的危险[2]。2020年10月6日发表在《美国科学院院报》上的一项研究再次强调南极冰架的基础正在变弱。

冰架示意图。冰架是陆地冰体在重力驱动下的产物，由冰体不断从接地线向海洋方向流动形成。冰架崩解会形成冰山。冰架是冰盖与海洋相互作用的主要界面，其稳定性很大程度决定了冰盖的稳定性。|编辑制图

研究人员利用卫星数据记录了1997年至2019年南极冰川受损区域的增长情况，图像显示南极的两个重要冰川的“剪切带”正遭受着快速的破坏。剪切带位于冰川和冰架的交汇处，它起到了制动系统的作用，通过高水平的摩擦减缓冰川向海洋的下游流动，可认为是自然形成的阻止冰川外流的缓冲系统。但如果阻力和压力过大，冰就会在两者相遇的地方破裂，形成垂直于水流方向的平行裂缝，将冰撕裂。

剪切带的破裂在结构上削弱了冰锋。与此同时，冰川下坡流速（冰川物质流动）不断增大，引发进一步的剪切断裂，这使得冰架变得不稳定，为大规模的崩解事件铺平了道路，同时也降低了冰架阻挡冰川外流的能力。

更加令人担忧的是，温暖的海水正在从下面融化冰架。不断变化的大气和海洋模式正将温暖的深水冲刷向冰川的浮冰架。下面的融化使上面的冰架更加脆弱，因此更容易发生进一步的剪切和破裂[3]。

而对于世界另一端的北极来说，还有更多坏消息。

三、北极冰盖也在快速消退

北极冰主要集中在格陵兰岛上，格陵兰岛是地球上仅次于南极洲的第二大陆基冰矿床。已经有研究证实，自20世纪90年代以来，格陵兰岛冰融化的速度越来越快。

2019年初发表在《美国科学院院报》上的研究表明，格陵兰岛的冰盖不仅正在融化，而且融化速度比以往任何时候都快，冰层消失的速度是2003年的四倍。2019年6月，格陵兰岛西北部的气温接近历史最高水平，研究人员在该地区遇到了不同寻常、令人惊讶的冰层融化。自1972年以来，格陵兰岛对海平面上升的贡献约为1.4厘米。随着人类向大气中排放的温室气体的增加，这一过程正在加速。逐渐增长的融化季节似乎比过去几十年对海平面上升的贡献要大得多[4]。

2020年10月1日，《自然》杂志上的一项新研究指出，到2100年，格陵兰岛的冰层脱落速度将超过过去1.2万年的任何时候。在该研究中，纽约州立大学布法罗分校的冰川地质学家们创建了一个涵盖近12000年的冰盖变化的主时间轴（从11700年前的全新世开始，到2100年截止）。

他们估计，在大约1万至7千年前的暖期，格陵兰岛的冰以每个世纪约6亿吨的速度流失。而在过去的20年里，冰流失速度一直是无与伦比的，从2000年到2018年，冰的平均流失速度相似，大约是每世纪61000亿吨（相当于海平面上升约2厘米）。

研究小组说，下个世纪，这一速度将会加快。按照排放量较低的情况进行计算的话，到2100年，冰的损失预计平均为每世纪88000亿吨左右。随着排放量的增加，碳损失率可能会上升到每世纪359,000亿吨[5]。

四、破纪录的两极海冰大消融

海平面上升是极地冰融化带来的重要影响之一，格陵兰岛和南极冰盖是全球海平面上升的最大贡献者。冰川融化加剧了海平面的上升，海平面上升又加剧了对海岸的侵蚀，并导致风暴潮的上升。这是因为不断变暖的空气和海洋温度造成了更频繁、更强烈的沿海风暴，如飓风和台风。未来格陵兰岛和南极冰盖融化的程度和速度将在很大程度上决定海平面上升的程度。

与此同时，海冰面积也在大面积减少。根据美国航空航天局（NASA）的观测数据，在过去的40年里（1979年之后），北极夏季海冰面积减少了近一半；预计到2040年，北冰洋上夏季可能无冰。而南极海冰也在2014到2017年间经历了非比寻常的大融化，短短4年间就失去了相当于北极34年内失去的海冰数量，且速度还在加快（NASA数据）。

与陆地上的冰盖融化不同，海冰融化不会造成海平面上升。但是，海冰面积减少，会让太阳的热量从被白色的海冰反射，转向被深色的海水吸收，这会导致气温进一步上升，反过来加剧海冰融化，形成恶性循环。

虽然两极海冰的消失与人类活动导致的全球变暖有着明显的联系，但二者却大有不同。北极受大气环流的影响严重，和极端天气的联系也更紧密，比如欧洲热浪。因为北极是一个被大陆包围的海洋，暴露在变暖的空气中，而南极洲是一个被海洋包围的冰冻大陆，一直以来被一圈强风保护着不受变暖的空气的影响。

研究者认为，北极已经成为全球变暖的一个典型例子，而这种影响最终也会在南极地区出现。

消融的北极海冰。不同于南极大陆，北极总体上是一片海洋。|NASA

五、冰雪大融化对生物的影响

除了记录极地变暖的情况外，科学家们也在努力了解温度变化对当地生物——包括人类——衣食住行的影响。

作为南极洲的永久居民，帝企鹅和阿德利企鹅的生存直接受气候变化左右。

帝企鹅是唯一一种在冬季繁殖的企鹅，海冰对其影响尤为重要。帝企鹅的活动区域主要有两处：捕食区和繁殖区，它们常年往来于两区之间。每年的一月到三月（南极的夏天），帝企鹅会分散到大洋中进行捕食。但随着海冰状况恶化，到本世纪末，现存的54个栖息地将面临毁灭性的减少。

南极威德尔海哈雷湾是帝企鹅的第二大栖息地，许多帝企鹅选择来自这里繁殖，但自2016年起，帝企鹅似乎已经放弃这个曾经可靠的繁殖地，因为它们在此经历了灾难性的繁殖失败，曾经稳定的繁殖地在雏鸟羽翼未丰之前就被破坏了。2019年《全球变化生物学》杂志上一项研究称，如果全球变暖像现在这样持续下去，帝企鹅的栖息地数量将减少80%，帝企鹅数量甚至会减少81%~86%。

阿德利企鹅是另一种面临生存危机的南极企鹅，它们栖息在整个南极大陆上，已经生存了近4.5万年。本来阿德利企鹅已经适应了数千年气候变化带来的冰川扩张和海冰波动，在这些变化中保持“弹性”。

但科学家们在不同的地点发现了不同的种群变化趋势：一些栖息地，比如位于南极洲北部的美国研究中心帕尔默站附近，企鹅种群数量出现了80%以上的下降。其他地点则是稳定的，有些数量甚至还有所增长，这可能是因为海冰减少缩短了它们去海中觅食的路程，使得一些种群意外获得了生存优势。但整体来看，21世纪独特的气候，还是对阿德利企鹅的许多栖息地造成了威胁[6]。

与南极相比，北极对气候变化的反应要敏感得多（受大气环流强烈影响）。北极熊成为最大受害者。对北极熊来说，由于气候变暖，挨饿已成为常态。2020年一项研究显示，气候变化正导致北极熊濒临灭绝。该研究预测，在当下人类的有生之年，这种处于食物链顶端的食肉动物可能会全部灭绝。

在一些地区，北极熊已经陷入了恶性循环。北极熊依靠浮冰捕猎，海冰的消融缩短了北极熊捕猎海豹的时间，而它们不断减少的体重降低了它们在没有食物的情况下在北极平安过冬的机会。如果按照目前北极气候加速变化的速度发展下去，在所分析的13个亚种群中，有12个种群的北极熊将在80年内大量死亡[7]。

2019年，一只被遗弃的北极熊被困在浮冰上的照片让无数人为北极熊的生存担忧，但大多数人都没有意识到，极地冰雪融化对人类也同样存在负面影响。随着海冰和冰川的融化以及海洋变暖，洋流将继续扰乱全球的气候模式，引发极寒、极热、干旱、降雪、洪水、飓风等极端天气，造成大量生命财产损失。海水变暖也会导致鱼类产卵的地点和时间发生变化，以渔业为支柱的产业将受到影响。在靠近极地的地区，随着洪水越来越频繁，风暴越来越猛烈，沿海社区将继续面临数十亿美元的灾后重建费用。

而与之紧密交织的全球气候变暖，对人类健康本身也会产生重大威胁。2014年，世界卫生组织曾表示，气候变化将带来疟疾、痢疾、热应激和营养不良，从2030年到2050年，全球每年将有25万人死亡。2019年《新英格兰医学杂志》发布的一项报告则警示，25万人的死亡是一个“保守估计”。我们的健康很容易受到气候变化的影响，气候变化可能使过去一个世纪以来，人类在健康上取得的进步成果“停滞并逆转”，全球因气温上升可能导致的死亡人数，比世卫组织5年前预测的每年25万人“要多得多”。

该报告还预测，由于和气候变化相关的粮食短缺，到2050年，全球每年成年人死亡人数可能净增加到52.9万人。而到2030年，气候变化可能迫使1亿人陷入极端贫困，贫困将使人们更容易受到健康问题的影响。

所有报道都在提醒我们，野生动物的不幸已经不可避免波及到我们。减少碳排，遏制气候变暖真的已经迫在眉睫。

参考文献

[1]https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-09/pifc-sco092120.php.

[2]https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2019GL082182.

[3]https://www.pnas.org/content/117/40/24735.

[4]www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1806562116.

[5]https://www.nature.com/articles/s41586-020-2742-6.

[6]https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/gcb.14864.

[7]https://doi.org/10.1038/s41558-020-0818-9.

本文来自微信公众号：十点科学（ID：Science_10），作者：祝叶华，环境科学与工程博士