兩極冰融：冰化的危機南北不同

地球兩極正在遭遇危機。11月27日，國家遙感中心發布的《全球生態環境遙感監測2020年度報告》顯示，本世紀以來南極冰蓋表面近1/5已融化，預測未來冰蓋表面融化還將繼續增加，對海平面上升的影響將變得顯著。而除了海平面上升和極端天氣之外，另一些潛在的影響還少為人知。

就像炎炎夏日裡的冰塊一樣，地球上的冰蓋和冰川正在縮小。極地冰融化和把方糖攪拌到咖啡裡有什麼區別呢？實際上，兩者都是不可逆的。不同的是，極地冰蓋和冰川融化會引起海平面上升、擾亂全球氣候系統，迫使生活在兩地的動植物開始做出生存改變。當然人類活動也不免受到影響。

地球兩極的冰王國

從迷人的野生動物到令人驚嘆的崎嶇景觀，極地到處都充滿了壯觀的體驗。北極和南極都是白雪覆蓋的地區，它們一起構成了地球的寒帶。極地冰的主要存在類型是冰蓋。所謂冰蓋是指面積大於5萬平方千米的巨大冰川體，是陸地冰川的特殊類型。

冰蓋是陸地冰的主體，當前僅存的冰蓋為南極冰蓋和格陵蘭（位於北極地區）冰蓋。南極冰蓋面積約1400萬平方千米，佔全球陸地總面積8.3%，平均冰厚約2100 米，冰儲量約3000萬立方千米，相當於全球海平面56.6米的變化量。格陵蘭冰蓋當前面積約184萬平方千米，佔全球陸地總面積1.2%，平均冰厚約1600 米，冰儲量約300萬立方千米，相當於全球海平面7.4 米的變化量。

全球冰量分布圖，冰蓋佔了99%。|編輯製圖

冰蓋並非是極地冰存在的唯一形式，冰川、海冰也充斥在兩極地區。它們雖然體積和冰蓋不能相比，但面積非常可觀。由於地理分布的不同，兩極海冰的厚度和夏季的融化情況不盡相同。

北極海冰不像南極的海冰那樣易移動，它們更傾向於停留在北極水域。浮冰更容易聚合或相互碰撞，堆積成厚厚的山脊。這些聚合的浮冰使北極的冰變得更厚。脊冰的存在及其較長的生命周期導致冰在夏季融化期間保持凍結的時間更長。所以一些北極海冰在整個夏天都存在，並在接下來的秋天繼續增長。

在南極，開闊的海域允許正在形成的海冰更加自由地移動，然而，南極海冰形成山脊的頻率遠低於北極海冰。此外，由於南極洲的北面沒有陸地邊界，海冰可以自由地向北漂入溫暖的水域，最終融化。因此，幾乎所有南極冬季形成的海冰在夏季都會融化。海冰在南極停留的時間沒有在北極停留的時間長，所以它沒有機會變得像北極的海冰一樣厚。

儘管如此，南北極面臨的危機卻是相同的，人類活動導致的海洋和大氣變暖正在削弱地球兩極冰的含量。

南極冰蓋融化速度遠超想像

南極洲98%的表面被冰雪覆蓋，其冰蓋的冰儲量佔了全球總冰量的90%——北極格陵蘭冰蓋僅佔9%——將近世界淡水資源的70%。但這廣闊極地的冰蓋在下個世紀可能會銷聲匿跡。

2020年9月23日一項發表在《自然》雜誌上的研究揭示，如果全球變暖不加以遏制的話，南極洲很快會走上一條「不歸路」，該大陸上覆蓋了3000多萬年的冰雪將蕩然無存。

研究人員利用計算機模擬了溫室氣體排放對全球平均氣溫以及對未來南極洲樣貌的決定性影響。他們發現，如果全球平均溫度比工業化前的水平上升4℃，並持續一段時間，南極洲西部的大部分冰架將會碎裂，全球海平面將上升6.5 米。——如此高的漲幅將摧毀紐約、東京和倫敦等沿海城市。

這並非危言聳聽，這種情況可能在幾十年內成為現實。聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)曾推測，如果允許目前的溫室氣體排放水平持續到2100年，全球平均氣溫將上升5℃。如果溫室氣體排放水平增加，情況可能會變得更糟：

在未來幾千年的任何一段持續時間內，全球氣溫如若比工業化前的水平上升6至9℃，那麼南極洲現在70%以上的冰將不可逆轉地消失。更有甚者，如果氣溫上升10℃，歐洲大陸也註定成為全年無冰的大陸[1]。

其實早在2019年，就有研究指出，南極洲西部的許多冰架（即陸地冰延伸到海洋的部分）正在經歷失控的融化，該地區大約25%的冰有坍塌的危險[2]。2020年10月6日發表在《美國科學院院報》上的一項研究再次強調南極冰架的基礎正在變弱。

冰架示意圖。冰架是陸地冰體在重力驅動下的產物，由冰體不斷從接地線向海洋方向流動形成。冰架崩解會形成冰山。冰架是冰蓋與海洋相互作用的主要界面，其穩定性很大程度決定了冰蓋的穩定性。|編輯製圖

研究人員利用衛星數據記錄了1997年至2019年南極冰川受損區域的增長情況，圖像顯示南極的兩個重要冰川的「剪切帶」正遭受著快速的破壞。剪切帶位於冰川和冰架的交匯處，它起到了制動系統的作用，通過高水平的摩擦減緩冰川向海洋的下遊流動，可認為是自然形成的阻止冰川外流的緩衝系統。但如果阻力和壓力過大，冰就會在兩者相遇的地方破裂，形成垂直於水流方向的平行裂縫，將冰撕裂。

剪切帶的破裂在結構上削弱了冰鋒。與此同時，冰川下坡流速（冰川物質流動）不斷增大，引發進一步的剪切斷裂，這使得冰架變得不穩定，為大規模的崩解事件鋪平了道路，同時也降低了冰架阻擋冰川外流的能力。

更加令人擔憂的是，溫暖的海水正在從下面融化冰架。不斷變化的大氣和海洋模式正將溫暖的深水衝刷向冰川的浮冰架。下面的融化使上面的冰架更加脆弱，因此更容易發生進一步的剪切和破裂[3]。

而對於世界另一端的北極來說，還有更多壞消息。

北極冰蓋也在快速消退

北極冰主要集中在格陵蘭島上，格陵蘭島是地球上僅次於南極洲的第二大陸基冰礦床。已經有研究證實，自20世紀90年代以來，格陵蘭島冰融化的速度越來越快。

2019年初發表在《美國科學院院報》上的研究表明，格陵蘭島的冰蓋不僅正在融化，而且融化速度比以往任何時候都快，冰層消失的速度是2003年的四倍。2019年6月，格陵蘭島西北部的氣溫接近歷史最高水平，研究人員在該地區遇到了不同尋常、令人驚訝的冰層融化。自1972年以來，格陵蘭島對海平面上升的貢獻約為1.4釐米。隨著人類向大氣中排放的溫室氣體的增加，這一過程正在加速。逐漸增長的融化季節似乎比過去幾十年對海平面上升的貢獻要大得多[4]。

2020年10月1日，《自然》雜誌上的一項新研究指出，到2100年，格陵蘭島的冰層脫落速度將超過過去1.2萬年的任何時候。在該研究中，紐約州立大學布法羅分校的冰川地質學家們創建了一個涵蓋近12000年的冰蓋變化的主時間軸（從11700年前的全新世開始，到2100年截止）。

他們估計，在大約1萬至7千年前的暖期，格陵蘭島的冰以每個世紀約6億噸的速度流失。而在過去的20年裡，冰流失速度一直是無與倫比的，從2000年到2018年，冰的平均流失速度相似，大約是每世紀61000億噸（相當於海平面上升約2釐米）。

研究小組說，下個世紀，這一速度將會加快。按照排放量較低的情況進行計算的話，到2100年，冰的損失預計平均為每世紀88000億噸左右。隨著排放量的增加，碳損失率可能會上升到每世紀359,000億噸[5]。

破紀錄的兩極海冰大消融

海平面上升是極地冰融化帶來的重要影響之一，格陵蘭島和南極冰蓋是全球海平面上升的最大貢獻者。冰川融化加劇了海平面的上升，海平面上升又加劇了對海岸的侵蝕，並導致風暴潮的上升。這是因為不斷變暖的空氣和海洋溫度造成了更頻繁、更強烈的沿海風暴，如颶風和颱風。未來格陵蘭島和南極冰蓋融化的程度和速度將在很大程度上決定海平面上升的程度。

與此同時，海冰面積也在大面積減少。根據美國航空航天局（NASA）的觀測數據，在過去的40年裡（1979年之後），北極夏季海冰面積減少了近一半；預計到2040年，北冰洋上夏季可能無冰。而南極海冰也在2014到2017年間經歷了非比尋常的大融化，短短4年間就失去了相當於北極34年內失去的海冰數量，且速度還在加快（NASA數據）。

與陸地上的冰蓋融化不同，海冰融化不會造成海平面上升。但是，海冰面積減少，會讓太陽的熱量從被白色的海冰反射，轉向被深色的海水吸收，這會導致氣溫進一步上升，反過來加劇海冰融化，形成惡性循環。

雖然兩極海冰的消失與人類活動導致的全球變暖有著明顯的聯繫，但二者卻大有不同。北極受大氣環流的影響嚴重，和極端天氣的聯繫也更緊密，比如歐洲熱浪。因為北極是一個被大陸包圍的海洋，暴露在變暖的空氣中，而南極洲是一個被海洋包圍的冰凍大陸，一直以來被一圈強風保護著不受變暖的空氣的影響。

研究者認為，北極已經成為全球變暖的一個典型例子，而這種影響最終也會在南極地區出現。

消融的北極海冰。不同於南極大陸，北極總體上是一片海洋。|NASA

冰雪大融化對生物的影響

除了記錄極地變暖的情況外，科學家們也在努力了解溫度變化對當地生物——包括人類——衣食住行的影響。

作為南極洲的永久居民，帝企鵝和阿德利企鵝的生存直接受氣候變化左右。

帝企鵝是唯一一種在冬季繁殖的企鵝，海冰對其影響尤為重要。帝企鵝的活動區域主要有兩處：捕食區和繁殖區，它們常年往來於兩區之間。每年的一月到三月（南極的夏天），帝企鵝會分散到大洋中進行捕食。但隨著海冰狀況惡化，到本世紀末，現存的54個棲息地將面臨毀滅性的減少。南極威德爾海哈雷灣是帝企鵝的第二大棲息地，許多帝企鵝選擇來自這裡繁殖，但自2016年起，帝企鵝似乎已經放棄這個曾經可靠的繁殖地，因為它們在此經歷了災難性的繁殖失敗，曾經穩定的繁殖地在雛鳥羽翼未豐之前就被破壞了。2019年《全球變化生物學》雜誌上一項研究稱，如果全球變暖像現在這樣持續下去，帝企鵝的棲息地數量將減少80%，帝企鵝數量甚至會減少81%~86%。

阿德利企鵝是另一種面臨生存危機的南極企鵝，它們棲息在整個南極大陸上，已經生存了近4.5萬年。本來阿德利企鵝已經適應了數千年氣候變化帶來的冰川擴張和海冰波動，在這些變化中保持「彈性」。但科學家們在不同的地點發現了不同的種群變化趨勢：一些棲息地，比如位於南極洲北部的美國研究中心帕爾默站附近，企鵝種群數量出現了80%以上的下降。其他地點則是穩定的，有些數量甚至還有所增長，這可能是因為海冰減少縮短了它們去海中覓食的路程，使得一些種群意外獲得了生存優勢。但整體來看，21世紀獨特的氣候，還是對阿德利企鵝的許多棲息地造成了威脅[6]。

與南極相比，北極對氣候變化的反應要敏感得多（受大氣環流強烈影響）。北極熊成為最大受害者。對北極熊來說，由於氣候變暖，挨餓已成為常態。2020年一項研究顯示，氣候變化正導致北極熊瀕臨滅絕。該研究預測，在當下人類的有生之年，這種處於食物鏈頂端的食肉動物可能會全部滅絕。在一些地區，北極熊已經陷入了惡性循環。北極熊依靠浮冰捕獵，海冰的消融縮短了北極熊捕獵海豹的時間，而它們不斷減少的體重降低了它們在沒有食物的情況下在北極平安過冬的機會。如果按照目前北極氣候加速變化的速度發展下去，在所分析的13個亞種群中，有12個種群的北極熊將在80年內大量死亡[7]。

一隻飢餓的北極熊。 |來自網絡；攝影師AndreasWeith

2019年，一隻被遺棄的北極熊被困在浮冰上的照片讓無數人為北極熊的生存擔憂，但大多數人都沒有意識到，極地冰雪融化對人類也同樣存在負面影響。隨著海冰和冰川的融化以及海洋變暖，洋流將繼續擾亂全球的氣候模式，引發極寒、極熱、乾旱、降雪、洪水、颶風等極端天氣，造成大量生命財產損失。海水變暖也會導致魚類產卵的地點和時間發生變化，以漁業為支柱的產業將受到影響。在靠近極地的地區，隨著洪水越來越頻繁，風暴越來越猛烈，沿海社區將繼續面臨數十億美元的災後重建費用。

而與之緊密交織的全球氣候變暖，對人類健康本身也會產生重大威脅。2014年，世界衛生組織曾表示，氣候變化將帶來瘧疾、痢疾、熱應激和營養不良，從2030年到2050年，全球每年將有25萬人死亡。2019年《新英格蘭醫學雜誌》發布的一項報告則警示，25萬人的死亡是一個「保守估計」。我們的健康很容易受到氣候變化的影響，氣候變化可能使過去一個世紀以來，人類在健康上取得的進步成果「停滯並逆轉」，全球因氣溫上升可能導致的死亡人數，比世衛組織5年前預測的每年25萬人「要多得多」。

該報告還預測，由於和氣候變化相關的糧食短缺，到2050年，全球每年成年人死亡人數可能淨增加到52.9萬人。而到2030年，氣候變化可能迫使1億人陷入極端貧困，貧困將使人們更容易受到健康問題的影響。

所有報導都在提醒我們，野生動物的不幸已經不可避免波及到我們。減少碳排，遏制氣候變暖真的已經迫在眉睫。

作者 | 祝葉華 環境科學與工程博士

參考文獻

[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.

來源： 科普中國中央廚房