地球自轉軸傾角不斷變化:加速南極冰蓋融化速度

隨著溫室氣體二氧化碳濃度不斷增加、全球持續變暖，南極冰蓋越來越容易受天文學尺度的循環周期影響，尤其是地球自轉軸傾角。新研究發現，3000萬年來，南極冰蓋延伸入海時，對地球自轉軸傾角的反應最為強烈，因為延伸入海的冰蓋會與溫度較高的洋流接觸，從而加速融化進程。假如人類對二氧化碳排放不加以控制，到了下個世紀時，大氣中的二氧化碳濃度便會接近歷史上自轉軸傾角對冰蓋融化速度達到最高峰時的二氧化碳濃度。

1月14日發表在期刊《自然地質科學》（Nature Geoscience）上的一篇研究報告指出，隨著二氧化碳濃度突破百萬分之400，全球氣候對地球自轉軸傾角的反應將變得更加敏感。

「大氣中的二氧化碳含量是最關鍵的一點。」該研究的共同作者、威斯康星大學考古氣候學家史蒂芬•梅耶斯（Stephen Meyers）指出。若二氧化碳濃度高、自轉傾角大兩個條件同時具備，將對厚達數公裡的南極冰蓋造成致命性打擊。

重構過去

4萬多年來，地球自轉軸傾角一直在不斷變化，「就像一把安樂椅般前俯後仰」。目前該傾角約為23.4度，但它一度曾小至22.1度，或大至24.5度。自轉軸傾角決定了陽光直射地面的時間和位置，因此會對氣候造成影響。

為重新構建南極冰蓋對自轉軸傾角的反應歷史，梅耶斯和共同作者們利用了幾個不同的、有關地球氣候歷史的信息來源。其中之一是由一種名叫「底棲有孔蟲」的單細胞生物留在海底的碳酸鈣。該生物會圍繞著自己分泌出一層碳酸鈣外殼，相當於留下了一份遍及全球、持續不斷的海洋與大氣化學記錄。

南極周圍的沉積物記錄也為氣候歷史提供了另一信息來源。（氣候歷史正是本研究的共同作者、紐西蘭惠靈頓維多利亞大學的古氣候學家理察•勒維（Richard Levy）研究的專業。）這些沉積物由研究人員通過鑽探從海底取出，同樣記錄了過去的氣候信息。例如，冰川會在其所在位置上留下獨特的泥土、沙子與碎石混合物。因此這些鑽核可以詳細體現出冰川曾經所在的位置。不過，這些記錄中也存在一定缺口。

冰循環

利用從這兩處來源獲取的數據，研究人員成功拼湊出了3400萬至500萬年前的南極歷史。勒維指出，南極的首個大型冰蓋約形成於3400萬年前，而常年存在的海冰一直到300萬年前方才成為常態，正是在300萬年前，二氧化碳濃度跌落到了百萬分之400以下。

從3400萬年至2500萬年前，大氣中的二氧化碳濃度一直非常高（百萬分之600至800），且南極的大部分冰都位於陸地上，不與海洋接觸。在這一時期，南極洲冰蓋的變化對地球自轉軸傾角相對來說並不敏感。

在1300萬至500萬年前，二氧化碳濃度再次下降，達到了百萬分之200左右。此時海面浮冰變得更加普遍，冬季可在整個開放海域構成一層冰殼，只有夏天才會有所變薄。在這一時期，冰層對地球自轉軸傾角的敏感度進一步下降。

科學家目前還不完全清楚為何冰蓋對自轉軸傾角的敏感度會發生變化，不過答案似乎與冰蓋和海洋之間的相互作用有關。當傾角較大時，極地地區溫度更高，赤道與兩極之間的溫差也相對較小。因此風和洋流規律也會隨之變化（其規律主要由溫差決定），最終導致更多溫暖的海水流向南極邊緣。

當冰蓋主要位於陸地上時，海水並不會觸及冰蓋。但一旦冰蓋與海水接觸，溫暖的海水便會造成重大影響。海上浮冰似乎能擋住一部分海水，減緩冰蓋的融化趨勢。但如果二氧化碳濃度足夠高、致使海水浮冰紛紛融化，這些暖流就如入無人之境。在這種情況下，地球自轉軸傾角的影響似乎便可達到最大。上次這種情況約發生在2450萬年至1400萬年前。

從這段歷史來看，南極的未來恐怕不容樂觀。2016年，地球大氣中的二氧化碳濃度超過了百萬分之400，並將永久維持在這一水平之上。勒維指出，上次二氧化碳達到這麼高濃度時，南極周圍不存在全年浮冰。假如溫室氣體排放照現在這樣持續下去，目前的海冰也會日益減少。「我們將一下子跳回數百萬年前的那個世界。」「南極脆弱的海上冰蓋會感受到目前較大的自轉軸傾角的影響，南極邊緣的海洋變暖也會繼續加劇。」勒維表示。

1月14日，另一組研究人員報告稱，南極冰蓋融化速度已經比10年前快了10倍。研究人員發現，在1979至1990年間，南極洲每年約損失400億噸冰。但在2009年至2017年間，南極冰蓋的年均流失量已經達到了2520億噸。

研究人員正在尋找上述三段時期中、影響冰蓋對地球自轉軸傾角敏感度的小規模變量。但主要信息已經昭然若揭。「南極海冰顯然非常重要，」勒維表示，「我們還要繼續努力，設法實現減排目標。」