研究古代南極冰層的科學家正在揭示過去 300 萬年全球氣候變遷的新細節。透過分析冰和卡在內部的小氣穴，研究人員正在為過去的氣候創建更長、更完整的記錄。
該雜誌發表了兩項新研究 自然 隨著世界在這段時間慢慢冷卻下來，揭示出令人驚訝的模式。大氣中滯留熱量的溫室氣體水平僅略有下降。
長期存在的氣候之謎
一個多世紀以來，科學家已經知道地球在大約 300 萬年前顯著變暖。證據包括在阿拉斯加和格陵蘭島等地發現的溫帶和亞熱帶森林化石。以及美國東海岸從喬治亞州到維吉尼亞州的古老海岸線。這顯示海平面顯著上升。
然而，這次溫暖期和隨後的寒流背後的原因仍不清楚。一項主要挑戰是難以準確重建從過去到現在的全球氣溫和溫室氣體水平。
尋找南極洲最古老的冰
這項新研究來自美國國家科學基金會最早的冰探索中心（COLDEX），該中心由俄勒岡州立大學領導。該團隊致力於尋找和分析世界上最古老的冰。
這項研究由朱莉婭·馬克斯-彼得森領導。俄勒岡州立大學的博士生和曾在普林斯頓大學擔任博士後研究員、現任伍茲霍爾海洋研究所教授的莎拉·沙克爾頓，他們檢查了從艾倫山收集的古代冰，艾倫山是南極東部冰蓋邊緣的一個獨特區域。
與傳統的冰芯來源不同，艾倫山含有因冰蓋內運動而被推升和扭曲的冰。這會破壞原始層。因此，研究人員不會使用連續的時間線，而是會獲得過去不同時間點的氣候「快照」。
「這些快照比以前更進一步地擴展了冰川氣候記錄，」COLDEX 主任、俄勒岡州立大學地球、海洋和大氣科學學院的古生物學家 Ed Brook 說。 「這個更長的記錄提出了關於地球氣候演變的新問題。我們可以利用冰芯數據追溯到多遠的時間？”
滯留氣體揭示海洋變冷
一項研究利用氣泡中保存的稀有氣體的測量來估計海洋溫度隨時間的變化。這些氣體是全球海洋狀況的訊號。
結果顯示，過去300萬年裡，海洋平均溫度下降了約攝氏2至2.5度。雖然先前的研究已經記錄了海洋表面的冷卻，但這項研究發現表層水和深層水的冷卻持續時間不同。
沙克爾頓說：“冰中的稀有氣體提供了一種觀察海洋溫度變化的獨特方法。” “其他方法可以提供有關某個地方海洋溫度的信息。但它提供了更全球化的視角。”
大部分整體冷卻發生得很快。它開始於大約300萬年前，持續了大約100萬年。這段時期恰逢北半球大冰蓋的形成。相反，海洋表面溫度逐漸下降，直到大約一百萬年前。研究人員認為，這種差異可能與海洋表面與其深度之間的傳熱變化有關。
溫室氣體水平僅出現輕微變化。
馬克斯-彼得森和她的團隊使用相同的冰樣本對過去三百萬年來的二氧化碳和甲烷水平進行了首次直接測量。
研究結果表明，在此期間二氧化碳水平總體保持在百萬分之 300 以下。大約 270 萬年前，含量約為百萬分之 250，100 萬年前略有下降至百萬分之 20 左右。甲烷含量穩定在十億分之 500 左右。
對古代沉積物的一些早期估計表明二氧化碳含量較高。但結果不同。這強調了將冰芯記錄進一步回溯以提高準確性的重要性。
相反，目前的溫室氣體水平要高得多。據美國國家海洋和大氣管理局稱，到 2025 年，二氧化碳平均濃度將達到百萬分之 425，而甲烷濃度將達到十億分之 1,935。
影響世界氣候的不僅是溫室氣體
結果表明，僅靠溫室氣體並不能完全解釋長期的降溫趨勢。其他因素可能也扮演重要角色。包括地球反射的變化。植被和冰蓋的變化以及海洋環流的變化。
「我們希望這項工作將有助於完善我們對過去溫暖氣候的看法，並使我們更清楚地了解地球系統如何相互作用的各個要素，」馬克斯-彼得森說。
即使是更古老的冰也可能有更多答案。
這項研究已經引發了新的問題，參與 COLDEX 的科學家們繼續探索舊的冰樣本。繼續進一步延後氣候統計數據。
研究人員最近發現，一個核心底部的冰可能已經有 600 萬年的歷史。目前正在對這些樣本進行分析。新的鑽探工作正在進行中，以尋找更古老的冰。
科學家們正在努力改進重建二氧化碳水平的方法。研究冰中的其他氣體，以更好地了解有多少古老的冰被保存下來。這些努力可以幫助確定未來鑽探的新地點並進一步擴大地球的氣候記錄。
COLDEX 得到 NSF 極地計畫辦公室的支持； NSF 綜合活動辦公室科學技術中心計畫；俄勒岡州立大學在南極洲的實地工作得到了美國南極計畫的支持。並由 NSF 資助。冰鑽支援由 NSF 美國冰鑽計劃提供，冰樣品護理由位於科羅拉多州丹佛市的 NSF 冰芯設施提供。
