晚渐新世时期的短期南极冰盖动力学

古代冰盖为何对我们的未来至关重要

科学家需要自然界的“试验”来揭示地球大型冰盖在变暖背景下的行为。这项研究回溯约2600万年前的时期——当时的大气二氧化碳水平与本世纪晚些时候预期的浓度相近——以探究南极冰盖的响应。通过钻取古海底泥并分析微小化石壳体与化学指纹，作者发现南极冰盖的扩张与收缩比以往认为的更为剧烈且更频繁——这为未来冰盖及海平面可能变化的速率提供了线索。

一个与未来颇为相似的温暖世界

晚渐新世期间，大约在2620万至2520万年前，比今天气候更暖，但南极已经被一大片冰盖覆盖。估计大气二氧化碳浓度徘徊在约500–570 ppm，接近本世纪末的预测。同时，陆地位置略有不同，环绕南极的洋流通道仍在演化，有助于形成强劲的环南极湾流。这种高温室气体、改变的海洋环流与大型南极冰盖并存的组合，使晚渐新世成为研究未来气候的宝贵深时类比。

从微小壳体解读气候史

研究团队聚焦于位于南大洋毛德隆起的海洋钻探计划689号站点，这里沉积物在深海底稳定累积。在这些泥层中，他们挑选出称为底栖有孔虫的单细胞生物，其碳酸钙壳保存了古海水的化学成分与温度信息。通过测量壳体中的氧同位素与镁镁/钙比，研究者得以将底水温度变化与全球冰量变化区分开来。随后，他们将该冰量记录与锁定在周围沉积物中的两种金属——钕和铅的同位素进行比较。这些金属同位素如同条形码，指示了在南极大陆上被侵蚀的岩石类型及其被碾磨和风化的强度。

随地轴摆动而起伏的冰盖

基于氧同位素的记录显示，在这百万年时间窗内，南极冰盖远非静止不变。冰量在与今日南极冰量相当或更大与更小的配置之间摇摆，但从未完全消失。这些波动不仅与地球轨道的长期缓慢变化（即偏心率周期）相对应，也与大约4.1万年的倾角周期（即地轴俯仰）相吻合。这意味着地轴倾角——控制高南纬接收太阳辐射多少——在高二氧化碳条件下依然强烈地调节了南极冰盖的增长与消退。在某些区间，重建的冰量变化可与更近的上新世和更新世冰期所推断出的变化相匹敌。

岩石“指纹”揭示侵蚀格局的变化

随着冰盖的扩张与收缩，它摩擦不同的岩石套组并将其碎屑与溶解产物输送入海洋。这在689号站点不断变化的钕与铅同位素特征中有所记录。较冷、冰盖更发达时期，沉积物显示出指向近海缘旧东南极岩石更强侵蚀的同位素脉动，可能与更厚的冰层推进并随冰山输出碎屑有关。在较暖阶段，该信号回落至以威德尔环流内部循环物质为主的“公海”背景。在记录的大部分时间里，金属同位素的变化与冰量变化同步，将大陆侵蚀与区域海洋环流直接联系到冰盖的兴衰之中。

长期存在的东南极巨冰体的证据

最有说服力的结果之一来自海水衍生包膜的铅同位素与固体岩屑中铅同位素的差异。这种持久的不匹配表明存在一种典型于大型冰盖下岩石被研磨的强烈且不均匀的化学风化方式。作者表明，这种“不一致”的风化信号在晚渐新世就已确立，并在他们研究的整个百万年期间保持稳定。结合大而不完全的冰量摆动，这指向一个相当庞大且长期存在的东南极冰盖——即便在最温暖的时段也未曾消失。对今天而言，信息是：一个大而主要位于陆地的南极冰盖可以在高二氧化碳下持续存在，但仍能在数万年尺度上发生显著规模变化——这些变化将转化为全球海平面的巨大且反复的摆动。

引用: Creac’h, L., Brzelinski, S., Lippold, J. et al. Short-term Antarctic ice-sheet dynamics during the late Oligocene. Commun Earth Environ 7, 189 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03217-4

关键词: 南极冰盖, 古气候, 渐新世, 海平面变化, 南大洋