北极海道扩张在推动中更新世转折期中的潜在作用

为何遥远的北极通道今日仍然重要

数十万年前，北极海底的一处微妙变化可能促成了地球冰期节奏的转变。本研究探讨了巴伦支海陆架逐步被淹没、在北冰洋与北大西洋之间打开新海道的过程，如何可能重塑海洋环流、将更多碳困于深海，并使更大规模的冰盖得以存续。理解这一远古的重组过程，有助于解释为何行星从较短、规模较小的冰期过渡到仍在气候系统中回响的更长、更深的冰冷周期。

冰期节律中的一个谜团

气候记录显示，在大约125万至70万年前的中更新世转折期，地球的冰期特征发生了变化。在此之前，冰川大约每41,000年盛衰一次，与地轴的缓慢倾斜同步。之后，模式转向约10万年的周期，出现更冷、更持久的冰期以及较短的温暖间期。鉴于这一时期太阳入射能量变化很小，科学家认为系统内部的缓慢改变——如冰盖行为和海洋环流的调整——改变了气候对轨道驱动的响应方式。

用化学指纹倾听古老海洋

为探究北极发生了什么，研究者分析了来自西北冰洋门捷列夫岭的一段长沉积岩心。他们测量了沉积物沉降时在海底形成的一层铁锰矿薄膜中保存的钕同位素比值。不同水团携带各自独特的钕“指纹”，因此这些比值的变化揭示了充填深层北极海的水团发生了怎样的变化。通过将该记录与早期数据结合，并与其他北极及北大西洋地点比较，他们构建了近两百万年的史册，记录了大西洋与北极海之间连通性的强弱变化。

融水增加与入流变化的迹象

钕记录显示出两类关键模式。首先，在中更新世转折期之后，出现了短暂且剧烈的偏离事件，作者将其与来自北美和欧亚冰盖扩张的融水脉冲联系起来。这些脉冲很可能向北极输送大量淡水并携带风化物质，暂时改变了深层海水化学。其次，在这种噪声之下存在一条长期趋势：在转折前，深层北极受大西洋水体影响较弱，表层始终较为淡水化；而在转折后，基线信号向与现代大西洋入流相匹配的数值转移。结合浮游化石和同位素证据显示的表层盐度与物种分布变化，这表明大西洋与北极之间的连通性逐步增强。

北极开出了一扇新门

周边陆架的地质研究提供了这一变化的可能驱动力。随着北半球冰盖在多次冰期循环中扩展并侵蚀巴伦支陆架，它们剥离了大量岩石并使陆地下沉，逐步将原本多为暴露的浅滩变为被淹没的海道。模型和海底地形图表明，这一巴伦支海海道在与中更新世转折期大致同时成为了一个稳定的海洋通道。它一旦打开，就在弗拉姆海峡之外提供了第二条主要通路，使咸的大西洋水进入北极，同时使较淡的北极水得以向南流出。该新通路可在无需全球翻转环流增强的情况下，增强冷淡表层水向北大西洋的输出。

从海道重塑到更长的冰期

作者提出，这一重新排列的通道体系有助于使北大西洋表层变得更淡，从而削弱了当地的深层混合，并使富含碳的南方深水得以向北扩展到更高纬度的深海中。这一更深的“古老”水体库会将更多碳储存于大气之外，降低二氧化碳水平并促使行星变冷。与此同时，大西洋水向北携带的额外热量和水汽将增加冰盖区域的降雪，而更淡的表层海水则进一步抑制深层翻转。这些相互关联的反馈使冰盖变得更大、更稳定，从而能在短暂的日照增高期中存续，并转而以更慢的10万年尺度响应。由此，一条缓慢开启的北极海道可能在悄然但强有力地重塑地球冰期循环中发挥了重要作用。

引用: Jang, K., Bayon, G., Han, Y. et al. The potential role of Arctic seaway expansion in driving the Mid-Pleistocene Transition. Commun Earth Environ 7, 449 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03570-4

关键词: 中更新世转折期, 北冰洋环流, 巴伦支海海道, 冰期循环, 海洋碳储存