我国科学家破解1.4万年前南极冰盖消退之谜：深海珊瑚的秘密作用

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央广网北京11月26日消息（记者富赜）据中央广播电视总台中国之声《新闻超链接》报道，近日，中外科学家合作，通过研究末次冰消期以来高分辨率南大洋海水铀同位素演化记录，揭示了南极冰盖冰下融水的释放和冰盖退缩、海平面上升之间的直接联系，为预测未来南极冰盖可能的变化提供了重要参考。相关研究成果在国际学术期刊《自然·通讯》上发表。

南极冰盖在末次冰消期，约1.8万年至1.1万年前，曾发生过几次快速退缩的过程。这个过程为什么会发生？科学家又是如何知道1万多年前，南极冰盖的状态的？面向过去的研究，又为什么能够指导未来？

为什么想要研究南极冰盖的退缩？

中国科学院南京地质古生物研究所副研究员李涛介绍，全球气候变暖背景下，南极冰盖的退缩显而易见，但冰盖退缩的具体机制并不清楚。有种说法认为，南极大气温度升高导致表层冰盖融解加快，在冰盖表层形成很多地表径流，并不断向冰盖内部侵蚀，进而产生许多裂隙。越靠近冰盖边缘，裂隙越多。一旦冰盖裂隙程度达到极值，就会快速崩解退缩。

但最近有研究表明，冰盖底部的水融过程，其实对冰盖稳定性的影响更大。由于南极冰盖几千米下的底部受压强和地热的影响，固态冰转化为液态融水，会在冰盖底部形成大小不一的冰下湖泊。有统计数据表明，全球已探明的冰下湖泊约有773个，其中南极洲就有675个。

大量研究认为，冰下融水的释放与冰盖快速退缩存在关联。冰盖底部融水处于动态平衡，当储存的融水流动性增强时，可能向海洋大量排放。排放的速度加快也会加速表层冰盖向海洋方向的流动，导致冰盖崩塌速度加快。“但由于现有的观测手段只能监测数年至十几年间冰盖的变化过程，因此对冰下融水释放和冰盖退缩之间的联系还缺乏可靠认识。”李涛说。

其中最大的问题在于无法直接观测与海水直接接触的冰盖底部的水文过程。此前研究已表明，冰盖底部岩石颗粒表面释放的铀同位素（234U）会在冰下融水中不断累积，这导致冰盖底部融水通常具有较高的铀同位素值（234U/238U）。近来有研究发现，东南极洲底部化学沉积物的铀同位素值高达4000‰，远高于海水的铀同位素值147‰，如此巨量且过剩的234U的释放会显著改变周围海水的铀同位素组成。因此，研究人员发现，可以用冰盖附近海水的铀同位素值的变化间接示踪冰盖底部融水的释放过程！

独挑大梁的为啥是深海珊瑚？

方法已经确定，其中唯一需要解决的问题是什么材料可以用来记录几万年前海水铀同位素组成。李涛介绍，如果几万年前海水的铀同位素组成幸运地被某种材料记录，那么不仅要测量该材料的同位素组成，还要知道准确的年龄，如此才能反推。

海洋中目前能满足这种要求的只有珊瑚。珊瑚在生长过程中会从周围海水中吸收一定含量的铀，因此能够记录海水中的铀同位素组成。同时，大部分珊瑚存活时间只有几百年，死亡后会在海底松散的沉积物中保存一段时间，这段时间里珊瑚不与海洋沉积物物质交换，因此其化学信息只记录了生长时候的环境信息。

由于在南极的极端气候环境下，浅海珊瑚无法生存，因此科研人员选择了南大洋德雷克海峡中的深海珊瑚，通过高精度铀系定年方法，获得了深海珊瑚的铀同位素组成和年龄，从而推算深海珊瑚活着时周围海水的铀同位素组成。

事实上，深海珊瑚虽然由简单的碳酸钙构成，但含有的各种微量元素和极低含量的有机质，都保存了数万年前海水和大气的信息，除了铀系定年，深海珊瑚还能记录整个海洋环流的快慢以及生物生产力的变化，因此是研究古气候的重要载体。

冰盖退缩主要原因明确！

根据深海珊瑚的铀同位素记录，李涛等人发现，过去1.54万年到1.4万年之间，部分深海珊瑚样品的铀同位素组成明显升高。通过对比不同区域的深海珊瑚铀同位素记录，排除了其他因素的干扰，李涛等人认为，铀同位素上升的主要原因是南极冰盖冰下融水释放的增强。

该时期南大洋海水铀同位素的异常与冰筏碎屑通量的极高值、融水脉冲事件1A和全球海平面的快速上升具有很好的对应关系，因此可以断定，冰下融水释放的增强是导致南极冰盖快速退缩、海平面快速上升的主要原因。

通过进一步与海水温度和海洋环流的重建记录进行对比，研究发现，南极绕极深水温度的上升和上涌流强度的加强可能是导致南极冰盖冰下融水大量释放的先决条件。未来随着全球变暖，绕极深水温度可能进一步升高，将导致冰盖底部融水释放加快，引起南极冰盖快速退缩和海平面快速上升。

李涛指出，南极冰盖的退缩不仅会导致海平面升高，还会影响大气和海洋环流，对气候系统造成不可逆的改变，对全球碳循环也会产生显著影响。从古气候学角度而言，虽然目前全球变暖导致南极冰盖退缩和海平面上升的过程还很缓慢，但我们还是应该行动起来，通过一系列措施减缓变暖趋势。