南极冰盖全部融化的条件：南极正在崩塌吗 ？

                         杨学祥

       关键提示：全球变暖导致冰盖融化，海水将沿着美国东海岸、墨西哥湾和世界各地的海岸线向内陆移动。现在，科学家们迫切地想知道，这场水灾是否比预期的还要严重——淹没深度可能是数十米，而不是一两米。值得注意的是，南极和北极拥有范围巨大的冰盖，如果它们融化，可能会使海平面上升超过60米。其中最大的问题是：我们是否进入了融冰速度更快的时代？

       南极冰盖全部融化的条件是什么？我们只能从南极冰盖形成的历史原因寻早答案。

       大多数人把全球变暖归因于温室效应，但是大气中温室气体浓度变化的原因是多种多样的，其中陆海分布是决定因素：大陆分散在赤道成为火炉，形成极热气候；大陆集中在两极成为冰雪策源地，形成极冷气候。2亿年前石炭-二叠纪大陆集中在南极，形成石炭-二叠纪大冰期；第四纪大陆集中在北半球，形成第四纪大冰期。 

中生代温暖时期，全球各大陆集中在一起，形成一个几乎从一个极延伸到另一个极其巨大的单一陆块，这种轮廓肯定有助于周围大洋中的高效率向极热输送。在南、北两半球，一个单的环流系统作用范围至少达到纬度55度，以致宽阔的、深而缓慢的赤道流在穿过低纬度大于180度弧的旅途中被大大加热。

中始新世和早渐新世之间的总的温度下降，在整个新生代都是最急剧的。这种下降被认为由如下原因引起：①德雷克通道和塔斯马尼亚以南的通道开始为全球循环和气候上隔离的环极流打开了通路；②由于澳大利亚—新几内亚向北移动，吸热的赤道水面积缩小；③特提斯海关闭，不能使赤道环流通过。

由此可见，南极冰盖全部融化的条件是南极半岛附近徳雷克海峡的完全封闭，这需要几千万年的构造运动才能实现。在冰期和间冰期转换过程中，南极冰盖的贡献只能使海平面升降7-10米。这种自然变化，人类是无法改变的。

全球气候变化历史表明，近千年海平面上升不会超过6米，因为大自然具有自身的刹车机制。气候学家应该首先破解温暖中生代变为第四纪大冰期的原因：大气中温室气体不断减少的原因是什么？冰盖为什么在南极大陆形成，并且长期稳定？

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南极正在崩塌吗

来源：四川省社会科学院昨天

海水将沿着美国东海岸、墨西哥湾和世界各地的海岸线向内陆移动。现在，科学家们迫切地想知道，这场水灾是否比预期的还要严重——淹没深度可能是数十米，而不是一两米。其中最大的问题是：我们是否进入了融冰速度更快的时代？如果是这样，会融化多少、融化速度有多快？在很大程度上，答案取决于我们会做出怎样的决定，我们的决定又会如何影响南极洲西部巨大的思韦茨冰川（Thwaites Glacier）。最终，这将决定游弋在海边街道上的到底是跑车，还是长着鱼鳍、悄然潜行的海洋生物。

1.海平面究竟会上升多少

全球变暖不仅使山区的冰川融化，还使两极的冰量缩小，海洋不断扩张。在过去25年里，全球平均海平面每年上升0.25厘米以上，过一个世纪就会上升0.3米。如果陆地上的高山冰川也融化，会使海平面进一步上升0.3米。值得注意的是，南极和北极拥有范围巨大的冰盖，如果它们融化，可能会使海平面上升超过60米。即使它们只发生微弱的改变也会对我们的海岸带来巨大的变化。长达几千米、高达数百米的冰崖可能会逐渐断裂逐渐消失，大幅抬升海平面高度。

在预判本世纪海平面上升幅度时，一些有理有据的推测得出了相对温和的结论：变暖可能造成海平面上升0.6米，即便变暖剧烈，海平面上升的幅度也不会超过1.2米。此外，科学家们有确凿的证据表明，如果在未来的几个世纪中温度持续上升，海平面上升的数字将大幅增加。而当冰盖前缘出现退缩时，世界可能进入冰川加速融化的时代。

为了解这种情况是否会发生，我们不仅需要搜索新鲜的线索，还会通过研究地质历史和冰的物理学特征，做深入探讨。20年前在雅各布港冰川（Jakobshavn Glacier，格陵兰冰原中的重要组成部分）上发生的巨大变化，为我们提供了很多线索。那里的冰川会在自身重力作用下向大海方向移动，前缘逐渐融化或脱落后，后面的冰会向前移动，取而代之。当前缘损失大于后方补给时，前缘会后退，陆地上的冰盖也会缩小，海平面就会上升。

20世纪80年代，雅各布港冰川是已知移动速度最快的冰川之一，尽管它被冰架（海平面上冰层的延伸）阻挡，但依然向巴芬湾（Baffin Bay）奔流而去。20世纪90年代，海洋温度上升约1℃，冰架解体，陆地上连接冰架的冰川以超过原来2倍的速度向海岸移动。如今，雅各布港正在大规模地后退和变薄，这也是造成全球海平面上升的最重要的因素之一。岩石中的地质记录表明，过去也曾发生过类似的地质事件。我们目前的观测结果也显示，在格陵兰岛的其他冰川上，也发生了类似的活动。

如果体积庞大的思韦茨冰川也像雅各布港冰川那样被释放，它和附近的冰层可能会在短短几十年内崩塌，海平面可能会上升3.5米。值得反思的是，在不久的将来，我们会面对海平面迅速上升带来的灾难性风险吗？还是这种风险被夸大了？我们怎样才能合理推测思韦茨冰川在未来的活动模式？

2.全新的推算模型

推算思韦茨的威胁非常复杂。为了便于理解，我们以早餐为例。如果你将面糊倒在华夫饼机上，面糊就会蔓延到铁板的交叉网格上。从物理上来讲，面糊自身的重量会在抵消方格产生的摩擦力后，将边缘向外推。同理，当加热使面糊变硬，或者你用抹刀把面糊往回赶时，面糊扩散的速度就会减慢。

冰川的冰层就像一个巨大的华夫饼，厚度数百米，宽度与大陆相同。当连绵不断的雪落在上面后，就会逐渐被挤压成冰。这些巨大的冰丘十分坚韧，当我乘坐装备有重型滑雪装备的军用运输机降落在它们上面时，它们仍然在流动。冰川的温度通常只比熔点低几度，从而能够使冰长期保持足够软的状态，当冰从高处的中心区域缓慢地流向低处的边缘区域时，会更容易融化和脱落。例如，格陵兰岛和南极洲上更厚或更陡峭的丘顶区域扩散得比边缘区域更快。

如果任其生长，冰层会一直积累。当它变得足够厚和足够陡峭时，就会开始扩散、融化和破裂，从而让更多的降雪累积下来。正常情况下，冰丘可以持续很长一段时间，但在我们这颗变暖的星球上，似乎不是这样。在格陵兰岛和南极洲，每年降雪中的水分几乎都来自海洋，其总量相当于所有海洋表面蒸发了大约6.3毫米厚的一层海水。但是，通过融水径流或冰山“崩解”，海平面上升了一点，现在冰盖返回海洋的数量比前面的这个数字高出15%。如果融化的冰川量，始终超过降雪量，冰层就会消失。但以目前的速度来看，冰层可能需要近10万年才会消失。然而，如果气候变暖加剧，冰川融化就会加速，这是全球现在正面临的问题。

3.被润滑的冰川

冰盖的流动取决于冰堆的强度，冰堆与陆地接触部位的润滑程度，以及它是否被“抹刀”（一种附着的浮动冰架）所阻挡。一般情况下，大气升温会使冰软化，使冰层底部嵌入岩石中的冰块融化，从而使冰层快速滑向大海。但是，热量传递到3000米以下的冰层需要很长时间。因此，巨大的冰盖并没有因为最近一次冰河时期结束（一万多年前）出现的气温升高，而使整个冰层都完成加热。

要使冰川和冰川底部升温，还有一种更快的方法：让顶部的冰融化成水，然后倾泻到冰裂隙中。在格陵兰岛冰面两侧的一些地方，夏季的融水会聚集在地表的巨大空洞中，形成巨大而美丽的蓝色湖泊。因为水的密度大于冰，所以向下的重力压裂冰川，这些裂隙甚至可以裂至冰川底部，从而使积蓄的湖水排干。一个不断扩张的湖泊或许可以在一个小时（而不是一万年的时间）内，以大于尼亚加拉瀑布的能量冲向冰底，使冰川底层升温。

冰盖融化的过程很重要，科学家也在积极探索。然而，对于居住在沿岸的人们来说，冰盖融化并不是最大的担忧，因为我们相信高低起伏的冰床也会阻止冰盖快速向海洋的滑动。

如果同样的融冰机制发生在冰架上，带来的威胁可能更大。在非常寒冷的地方，即便有部分冰体流入海洋，它们仍然以冰的形式与冰盖连在一起，并且漂浮在海面上。这种形式的冰架几乎总出现在港湾状的海湾或峡湾中。因为与周围海岸线的摩擦，冰架的运动会减缓，海底的局部凸起也会使它搁浅。这种冰架减缓了陆地上的非浮冰流大海的速度。

暖空气使得冰架顶部形成湖泊，压裂冰架，当湖水通过裂缝穿透冰架时，冰架就可能崩塌。例如，2002年南极半岛思韦茨以北的拉森（Larsen）B冰架就在短短5周内几乎完全解体了，冰山像多米诺骨牌一样崩裂和倾倒。冰架已经开始漂浮，但这并没有使海平面立即上升，失去了冰架的阻挡后，陆地上的冰盖快速向海洋流动，就像放闸泄洪一样。此时，冰体的流动速度瞬间快了6~8倍。幸运的是，在狭窄的南极半岛，拉森B冰架后面没有太多冰，所以仅仅使海平面微弱上升。但这次的事件让大家都注意到，冰架有可能迅速解体，不再阻挡冰盖向前移动。正如雅各布港所发生的那样，冰架会因为变暖而融化。

当冰架消失时，面向大海一边的冰原峭壁会直接崩解出很多冰山。尽管这一幕可能让阿拉斯加和附近游船上的乘客兴奋，但它却加速了冰盖的消亡。在今天的雅各布港冰川，一些冰山会从一座高出海平面90米（约30层楼），向水下延伸约800米的悬崖上崩解下来。当这些冰山翻滚时，会溅起50层楼高的水花，伴生的地震在美国也可以监测到。

现在，我们已经知道冰架流失和冰山崩解对海平面上升有一定的影响。但对于思韦茨冰川来说，这一过程可能会引发戏剧性的变化，因为一次地质事件已经使这里的冰川处于“临界点”，随时可能汇入大本特利冰河下沟谷（Bentley Subglacial Trench），使海平面大幅升高。

4.本特利的发现

1956年秋天的一个早晨，查尔斯·本特利（Charles Bentley，于2017年去世，享年87岁，是本文作者的博士生导师）在哥伦比亚大学接受了学术论文答辩。第二天，他就跳上开往巴拿马的火车，随后赶上驶向南极洲的船只。他前往参加了国际地球物理年的一个研究项目，分析地球的一些地质特征。他在南极洲西部度过了两年的时间，回来后才发现当时论文的费用没有及时支付，从而延误了毕业。在此期间，他和团队穿越了5000多千米的冰层，穿梭于伯德空间站研究基地和南极洲西部的广大地区。

在他们推进的许多测量中，关于冰层厚度的信息对我们至关重要。在冰面上进行小型爆炸，并用地震仪来监听穿过冰盖从底床反弹出的回声后，他们得到了一些数据。这些数据显示，南极洲西部并不像人们想象的那样，只在隆起的大陆上覆盖了薄薄的一层冰。相反，这里的冰层很厚。他们还发现了本特利冰河下沟谷，这是地球上没有被海水覆盖的最深的地方，深约2500米的沟谷中填满了冰块。

本特利和同行的冰川学家发现了一个重要的临界点。在南极西部的冰盖下藏着巨大的海沟和与之相邻的盆地。如果思韦茨的前缘从海岸退回到海沟中，从海沟上方延伸到海沟深处的冰面，将高达近千米。这样的冰崖（比雅各布港或地球上其他任何地方都要大得多）可能会破裂得更快，形成更高的冰山，这些冰山会翻滚着从海沟出口漂向大海，从而大大提升海平面。

数十年的研究已经明确了这种机制的重要性。最近退休的约翰·安德森（John Anderson）在莱斯大学（Rice University）工作了43年。他和学生曾孜孜不倦地用侧扫声呐（以及其他工具）绘制了南极洲附近海域下的大陆架。南极的冰在冰河时期向四面八方延伸了很远的距离，随着冰河时代的结束，这些冰架也开始逐渐退缩。如今，南极洲周围的海底曾直接与冰层的底部接触。海底的沉积物或许可以给我们一些关于冰盖演化的有用信息。

有一种说法是，当不断膨胀的冰盖向海洋推进时，它们会牵引沉积物。当滑动的冰盖抵达海底向上突起的某些高地时，会稳定下来。随后被牵引的沉淀物就会继续在冰碛滩上（在冰体停止推进的地方形成的墙体式的结构，有很多石块，延伸很长的距离）堆积，从而建造出更高的海床。冰体可以在这样的位置上存在数百年或数千年，微小的影响并不会改变这种稳定状况。但当温度上升到一定程度后，冰体就会回撤，退回到冰碛滩之后的山谷中。此时冰体很难再稳定下来，直到它回撤到另一个地面凸起、相对较高的地方。而这通常距离上一个高点很远。与此同时，冰山就会从废弃的冰碛滩（依然低于海平面）上面漂向大海。

现在，南极洲和格陵兰岛周围的许多地方都发生着相似的故事。雅各布港冰川已经“跃过”了前冰碛滩的隆起部分，正通过山谷状峡湾后退，它“拉开”了一条通道，向更大的冰盖深处回撤。当第一批欧洲探险家参观现在的阿拉斯加州冰川湾时，在巨大的冰碛滩的上方横亘着冰川的最前沿。从那时起，冰体向内陆后退了近百千米，抵达了之后的一个相对高点，而这里就是现在美丽海湾的海岸线了。

幸运的是，大多数这类撤退对全球海平面的影响有限。即使是像海湾大小的冰川回撤，与世界海洋相比，也很小。雅各布港冰川只是格陵兰岛冰盖周围几十个向海洋滑动的冰川中的一个，它们不会很快破坏邻近峡湾的稳定性，在向内陆回撤的过程中也很快在遇到海床凸起后停止了。同样的，南极洲其实有大量类似的冰川流动在把冰块带向海洋，这些冰川滑向了它们自己的“华夫饼烙铁格”里。如果气候升温程度明显，大量冰川可能会同时回撤，但它们各自对全球海平面的影响并不大。

然而，南极洲西部的本特利冰河下沟谷，以及南极洲东部的一些深层地区（包括威尔克斯和奥罗拉盆地）的表现可能会完全不同。如果其中一个撤退到下一个高地，就可能在全球范围内产生显著影响。模型指出，思韦茨冰川的回撤路线最有可能进入本特利冰河下沟谷以及临近的盆地。如果它像雅各布港冰川那样向内部回撤，融冰过程可能会使海平面上升3.5米，然后在沟盆另一侧的高地稳定下来。如果南极东部盆地上的冰川融化，可能会比思韦茨地区融化使海平面抬升更高，但它们需要更大幅度的变暖，才能使冰川进入融化过程。

然而这种情况并不是什么奇特的现象。当温度足够高时，冰层就会回撤，当抵达下一个高地时才会稳定。这在过去和现在都曾反复出现过。如果思韦茨变得足够温暖，开始像格陵兰和阿拉斯加的冰川一样开始融化，那它就该回撤了。

5.思韦茨冰川要崩塌吗

思韦茨回撤的过程能有多快？气温升高多少，它才会回撤？

宾夕法尼亚州立大学的戴维·波拉德（David Pollard）、马萨诸塞大学阿默斯特分校的罗伯特·M·德康托（Robert M. DeConto）和同事构建了一个冰流模型。这个模型希望利用物理学原理，在运行速度足够快的先进计算机上，模拟冰盖在长时间尺度上的巨大变化。在冰架破裂，冰山从悬崖上崩解出来的过程中，我为他们提供了一点帮助，尤其是当表面融水向下压开裂缝时。

波拉德和德康托对模型进行了优化，从而匹配地质历史的记录，以及评估各种人为变暖的影响。他们相信，即使气候快速变暖，我们也需要几十年的时间才有可能遭遇思韦茨冰川冰架垮塌和融水使裂缝系统扩大的问题。思韦茨至少需要一个世纪才有可能彻底崩塌。不过，他们并不确定冰川会以多快的速度融化，所以他们设定了一个与雅各布港冰川在格陵兰岛的融化速度相当的最大速度（事实上，雅各布港冰川的融化已经超过了这个速度）。可是，思韦茨更厚，可以形成比雅各布港更高的悬崖，而更高的悬崖往往破碎更快。所以我们很有可能低估了最坏情况，但我们确实不知道会这样。

这其实是一个很好的模型，但它肯定不是波拉德和德孔托等人的最终结论。目前最希望发生的是，思韦茨冰川可以稳定在海沟下坡方向一个稍微隆起的山脊上，这个位置就在之前的高点后方，距离不远，后面的深沟还保留了很大的空间。或者，冰山断裂后，在目前山脊的后方堆积一段时间，从而减少冰川的流失，形成新的冰架，进一步减少冰体向海洋滑动的可能。

为了解决以上问题，美国科学基金会（National Science Foundation）和英国南极调查局（British Antarctic Survey）联合国际合作者，共同开展了一项重大项目。这个项目可以了解更多关于思韦茨的历史、冰川的流动，以及当流动发生时海底表面究竟发生了什么。研究或许可以帮助我们更好地预测未来，项目中收集的数据也很迷人，几乎可以确定能够减少很多不确定性。

然而，有些问题可能还是难以回答。想想那些掉在坚硬地板上的陶瓷咖啡杯。有些弹了起来、有些裂了缝，有些碎成了几瓣，而有些则碎裂成上百万块碎片。咖啡杯碎裂的物理过程是众所周知的，也很容易计算出来，因此杯子掉落的总体情况是可以预测的。但是，没人敢押上自己的职业生涯，或者其他重要的事情，去预测某一个杯子落地后会变成什么样子。

思韦茨的未来在很大程度上取决于裂缝系统。冰架是否会从不断为它提供补给的冰盖中断裂开来？冰盖是否会越过隆起，向盆地深处回撤？如果冰架的崩解在冰盖的前沿形成一个比地球上任何现存冰崖都要高的悬崖，会导致我们前所未见的快速大撤退吗？冰雪融化成水的过程也很重要，但是有多少水会从河流流向大海，又有多少会渗入雪中重新冻结？空气变暖的速度有多快？相比之下，我觉得咖啡杯的问题更容易预测。

如果世界各国能够集中力量，减缓和阻止温室气体排放造成的气候变暖，减轻沿海地区日益加剧的破坏程度，海平面上升的过程或许会减缓。但如果思韦茨迅速后退，通过限制人类活动造成的环境破坏，从而防止气候变暖，可能会更有价值。

融化后的冰水正在渗入格陵兰岛的冰盖中，这会加速它向海洋下沉的过程——这是南极洲即将发生的事情的标志。

http://www.yidianzixun.com/article/0LRFFynP

[转载]研究显示古代南极曾是绿洲：最高温达7℃

已有 1936 次阅读 2012-6-23 07:14   

研究显示古代南极曾是绿洲：最高温达7℃

http://www.sina.com.cn  2012年06月22日 09:02  新浪科技

　　最近一项研究发现，南极大陆在远古时期的环境要远比原先设想的更加温暖潮湿。这样的气候环境足以支持较高大的植被，包括一些矮小的树木，在靠近这块大陆沿海的地带生长，当时的南极洲仿佛一块绿洲

　　新浪科技讯 北京时间6月22日消息，据美国宇航局网站报道，最近一项由大学研究人员为首发起，并由美国宇航局科学家参与的有关古代南极洲环境的研究项目发现，这块大陆在远古时期的环境要远比原先设想的更加温暖潮湿。这样的气候环境足以支持较高大的植被，包括一些矮小的树木，在靠近这块大陆沿海的地带生长。

　　研究小组在本月17日将他们的研究结果发表在了在线版的《自然-地球科学》上。该项研究的第一作者为洛杉矶南加州大学的萨拉·费金斯(Sarah J. Feakins)，其余研究者还包括了宇航局喷气推进实验室和路易斯安那州立大学的科学家。

　　研究人员对采自罗斯冰架下方的沉积物冰芯样本中的植物叶片残骸进行检验，发现在1500~2000万年前这里的夏季温度要比现在高出大约11摄氏度，最高可以达到大约7摄氏度。降水量也比现在要高出数倍。

　　费金斯本人是美国南加州大学多塞夫文学，艺术与科学学院助理教授，他说：“这项研究的最终目的是更好的理解未来的气候变化将是何种模样。俗话说以史为镜，过去的历史可以启示我们的未来，过去的气候也是一样。这些记录向我们展示了，当温度上升时这一南极冰架区域可以变得多么温暖潮湿。而现在的这些就是我们获得的有关这一问题的第一批线索。”

　　整件事还要从论文的合著者，路易斯安那州立大学的索菲·沃纳(Sophie Warny)教授在南极的冰芯中发现大量的花粉和藻类说起，从那时候起，科学家们便开始怀疑在中新世中期，地球上高纬度地区的气候可能要比我们之前设想的要更加温暖。南极洲古代的植物化石难以存在，因为整个大陆都被巨厚的冰层覆盖，这个冰层会缓慢移动，磨蚀掉所有的线索和证据。

　　沃纳说：“海洋沉积物岩芯是搜寻古代植物线索的理想之地，因为那些沉积在这里的化石可以免受冰层移动带来的破坏。然而这些岩芯在南极海域要想获得非常困难，这需要开展国际合作。”

　　受到花粉样本的启发，费金斯开始着手对沉积物岩芯中的植物叶蜡成分进行检验。叶蜡可以记录下气候变化的证据，因为它会记录下植物存活时其吸收的水分中氢同位素的比值。费金斯说：“冰芯记录只能带我们回溯到过去大约100万年。而沉积物岩芯样本却可以带我们回到更加久远的过去。”

　　随后，论文合著者，宇航局喷气推进实验室科学家李俊恩(音译：Jung-Eun Lee)设计了一系列实验来测算这些氢同位素样本数据所反映的当时环境中的温度和湿度情况。他所运用的这一模型最初是为美国宇航局在轨运行的“海洋”卫星而设计的，主要用于该卫星获取的大气水汽成分中的氢同位素分析。李俊恩说：“当地球升温，受影响最显著的就是它的两极。雨带的南移，加上高纬度地区偏高的温度都让南极地区边缘看上去似乎都不像是极地，而更像是今天的冰岛地区。”

　　这一南极地区的“绿化”过程最高峰大致出现在中新世中期，距今大约1640万~1570万年。这远比恐龙灭绝的年代要晚，后者在6400多万年前便已经灭绝。在中新世时期，地球上已经出现了很多和现代差别不大的动物，如三趾马，鹿，骆驼和不同种类的猩猩。而现代人类则直到大约20万年前才首次出现在地球生命的舞台上。

　　中新世中期的温暖环境被认为应当对应于400~600ppm的大气二氧化碳浓度。而在2012年，全球的大气二氧化碳浓度为393ppm，这一数据是过去数百万年中最高的。如果保持现在的增长速度，大气二氧化碳水平到本世纪末就会达到中新世中期时曾经出现过的水平。

　　中新世中期曾经出现过高的大气二氧化碳浓度水平，这一事实在其它研究中也得到印证，包括植物叶片表面气孔的数量，以及对土壤和海洋生物化石进行分析后给出的地球化学证据。尽管所有这些证据都没有冰芯中实实在在的保存着古代气体样本的气孔来的直观，它们已经是能够达到如此久远年代的最可靠手段之一。尽管到目前为止科学家们仍然不清楚究竟为何在中新世中期会出现二氧化碳的高浓度，但是很显然，二氧化碳的高浓度和在世界很多地点，包括此次纪录的南极地区所发现的升温现象之前存在显著的同步关系。此项研究由美国国家自然科学基金会(NSF)提供资助，并得到了美国宇航局的支持。(晨风)

http://tech.sina.com.cn/d/2012-06-22/09027300382.shtml

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-584924.html 

全球变暖的极限：近千年海平面上升不会超过6米

已有 3917 次阅读 2016-8-28 10:27  

全球变暖的极限：近千年海平面上升不会超过6米

                                杨学祥，杨冬红

危险的信号！东南极冰川也在快速消退？

2016-08-19 10:37:45 来源：科学

长期以来，科学家一直认为与脆弱的西南极冰盖相比，东南极冰盖相对来说要稳定些。然而一项最新研究表明，东南极冰盖要比以前预期的要脆弱得多。这意味着，南极冰川融化问题可能比想象的更为严重，全球变暖和海平面上升可能会来得更快，也更为剧烈。

南极冰盖是地球上面积最大的冰盖，面积接近1400万平方公里，最厚的地方4200多米，总体积达2450立方千米，它被横贯山脉分为两部分：面积较大的东南极冰盖与较小的西南极冰盖。长期以来，气候学家认为西南极冰盖明显受到全球气候变化的影响会逐渐融化，而东南极冰盖长期保持相对稳定。然而，最新的一项研究表明，东南极冰盖要比预期的要脆弱得多。

2016年6月15日发表于《自然》（Nature）的研究表明，假如气候变化维持现有速率，南极洲东部最主要的冰川之一托滕冰川将在下个世纪不可逆转地快速消退，在接下来的几百年向内陆退缩达300千米，并最终导致海平面上升超过2米。

对于南极冰川融化，大家并不陌生，而实际上科学家对此始终存在争议，特别是对东南极冰盖的认识，观点是针锋相对。早在2014年5月，德国波茨坦气候影响研究所发布了一份报告称，人们可能一直“高估”了东南极冰盖的稳定性，该研究所的科学家通过计算机模型显示，东南极冰盖的威尔克斯冰下盆地就像一个倾斜的瓶子，一旦位于沿海地区的“冰塞子”融化，瓶中的冰就会大量流出，结果将导致海平面在数千年内上升三至四米，纽约、东京、孟买等沿海城市被淹的风险也因此大幅上升。

然而，也有学者对此并不认同，甚至一度出现了“南极冰盖不减反增”的观点。据英国《每日邮报》2015年11月2日报道，美国航空航天局（NASA）的一项研究显示，东南极洲和西南极洲内部的冰盖自1万年前起就在不断增厚，增厚速度为每年1.7厘米左右，在1992年到2001年间南极洲每年净增1120亿吨冰，而在2003年到2008年间这一数据是820亿吨，其增加量超过了冰川融化带来的流失量。NASA戈达德太空飞行中心的冰川学家甚至还认为南极洲的冰川融化并没有造成海平面上升，反而是将每年的海平面上升高度减少了0.23毫米。该观点一反常态，与主流学术观点明显相悖，立即招致很多学者的议论，一些顶尖的科学家在美国《国家地理》杂志刊文指出，使用卫星资料无法辨识一两厘米差异的积雪量，因此NASA科学家使用卫星测量南极冰川高度的方法是可疑的，其结论存在问题。

诸多观点，莫衷一是。我们不妨通过研究东南极冰盖的历史，试想一下未来的变化。英国帝国理工学院组织的科学家对东南极冰盖的淤泥样本进行分析研究后发现，虽然它形成于3400万年前，并长期保持相对稳定的状态，但在500万至300万年前的上新世地质时期曾反复发生过融化，并直接导致海平面上升了10米，而根据现在全球气候变化及大气中二氧化碳浓度的变化预测，到本世纪末，全球气温将接近于上新世时期。这也就意味着，如果按照目前的气候变化趋势发展，东南极冰盖融化将是不争的事实。我们可不能小看这海平面可能上升仅有的几米，对于沿海那些海拔较低的城市来说，这足以是毁灭性的打击，比如地势低洼的泰国首都曼谷，平均海拔不足2米，2011年，这里发生了50年来最严重的一次洪灾，而且迟迟未能消退，这与它海拔较低具有直接联系。随着全球气温不断升高，未来的曼谷将面临着巨大威胁，所以泰国一位官员担忧地说，曼谷的大片地区将于2030年被淹没。

近年来有媒体报道，在全球变暖、海冰融化的大趋势之下，南极海冰出现大块浮冰的总量实际上是不断增加的。有数据表明，南极的海冰呈现出缓慢增长的趋势，年增长速度约为1%。2007年，联合国政府间气候变化专门委员会（IPPC）制定的国际气候科学评估报告显示，在1979-2005年之间，南极覆盖海冰面积持续不变，但是2013年公布的研究评估报告表明，1979-2012年之间，南半球海冰持续扩大，平均每年增加16500平方公里。后来，有科学家指出，这两份评估报告的结论之所以不同，是由于使用了不同版本的计算公式造成的，数据集之间的差异与人造卫星传感器有关，南极海冰不可能像之前预测的那样快速扩张，其中存在着数据误差。

但是，南极海冰扩大的确是事实。这让很多人感到不可理解，甚至有人根据这个结论开始怀疑全球气候变暖。

关于这个问题，我们需要从全球的角度来认识。2014年12月，NASA戈达德太空飞行中心的气候科学家对1978年11月到2013年12月之间全球的海冰变化进行了计算，他们将每个月的北极和南极海冰面积相加，即得到全球海冰面积，然后发现，在这超过35年的时间里，北极和南极海冰的面积总和呈现出每个月不断递减的趋势，即使是在北极和南极海冰达到最大面积的时期也是如此，平均每年减少约35000平方公里。而且，在1996至2013年间比1979至1996年间的递减速度明显加快。这意味着，虽然南极海冰面积在缓慢增加，但北极海冰在加速消失，而且消失的速度远远超过了南极海冰增加的速度，并带有愈演愈烈的趋势。

我国学者通过被动微波遥感技术对全球海冰变化进行研究后得出了相似的结论，1979年至2014年北极海冰范围持续减少，南极海冰范围略微增加。即使在2015年这个有气象记录以来最暖的一年，北极海冰年内最大值创新低，南极海冰范围虽比2014年有所减小，但仍然较常年平均值偏大。

至于说为什么北极海冰在减少，而南极海冰会增多，科学家认为这跟南极洲与南大洋特殊的地质环境有关。北极为海洋，南极为大陆，南极洲的地形与周围海域的水深是海冰变化的主要影响因素，但是究竟哪种因素在促进南极海冰的形成与演化，目前还没有明确答案。从表面上看，南极与北极海冰似乎是存在着此消彼长的平衡关系，而科学的数据告诉我们，情况并不像我们想象的那么简单，全球变暖趋势依然存在。

之所以有人怀疑全球气候变暖理论，其中还有一个重要的原因，那就是混淆了海冰与冰川的关系。所谓海冰，是漂浮于海面上的冰体。根据简单的物理学常识我们可知，即使漂浮的海冰完全融化，也不会对全球的海平面造成什么影响。但是冰川却完全不同。冰川是由积雪形成的并能运动的冰体，俗称冰河，受重力和压力作用可发生流动，其流速为每年几米至数百米不等。世界上约10%的陆地面积覆盖着冰川，主要分布在南极冰盖和北极区的格陵兰冰盖，其它还有少量山岳冰川和山麓冰川。

早在1842年，就有一位名家麦克拉伦的科学家提出假说，他认为第四纪期间，由于气候的巨大变化，冰川随之消融和增长形成了冰期和间冰期。后来的研究逐渐证明，在17000-18000年前第四纪最后一次冰期的末期，世界海平面大致在现今海面以下100米处。后来随着冰川的大量消融，海面迅速上涨，大约到6000年前海面才接近于现今的位置。现如今，我们仍处在第四纪冰期之中，南极冰盖和格陵兰冰盖就是典型的证据。据估算，如果全球的冰川全部融化的话，将使海平面上升约65米。

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冰期和间冰期海平面变化的极限

海平面上升速度的历史记录

二十五年前美国环保局专家Titus指出：“冰期中全球温度比现在低3~5^oC，海面比现在低100m。末次间冰期较今高1~2^oC，海面高5~7m。而下一个世纪本行星可能要变暖5^oC，比最近200万年来的任何时候都要温暖，海平面上升问题的严重性不容忽视。

Wu和Peltier（1983）估计北半球劳仑泰德冰盖和斯堪的纳维亚的冰盖于18000年前开始融化，快速融化始于1350年前到7000年前，7000-5000年前间的冰川融化速度减少。Jaritz和Ruder（1977）绘出莫桑比克全新世海面变化曲线，10000-8000年前期间海面以每百年2.65米的速率快速上升，8000-6000年前期间海面上升速率明显减慢，为每百年0.47米。6000年前海面达到最高点，高出现代海面2.5米。此后海面缓慢下降至现代海面位置。

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图1 鹿回头地区全新世海平面变化曲线

我们在1992年指出，冰川在地表的分布是不均匀的。对古冰盖体积的估算一般是通过地质和地貌的调查，从古冰盖分布面积推算体积，推算的方法参照现代冰川形态方面的经验公式及其相关的分析方法。表1中可以算的，北半球冰盖在间冰期融化的总和为44.68×10⁶km³，而南半球的总体积不大于6.1×10⁶km³，差额为37.58×44.68×10⁶km³，。换句话来说，冰期的冰盖扩大主要集中在北半球，北半球占88%，南半球仅占12%^[1-10]。

表1 冰期（G）与现代（T）大陆冰总量对比(根据R.F.Flint,1971)

从表1中可以看到，南极冰川在末次冰期后的冰川融化中，对海平面上升的贡献仅为7米。这为全球变暖导致的南极冰盖融化提供了变化上限。1994年周尚哲提出，到目前为止，所获得的地质纪录却证明南北半球的冰期是同步进行的^[9]。第四纪冰期以北半球的冰川变化为主。

气象学家的认识误区：南极冰盖形成源于陆海分布

我们在2013年撰文指出，根据莱伊尔的地质学原理，大陆分散在赤道可形成极热气候，大陆集中在两极可形成极冷气候。德雷克海峡通道的打通是在始新世和渐新世完成的。白垩纪的最强全球变暖与德雷克通道的封闭有关；德雷克海峡通道的打通隔断赤道向南极的热输送，使南极变冷，逐渐成为冰盖策源地，海冰的封堵和融化影响秘鲁寒流，被称为气候开关^[1-6]。

中生代时期，全球各大陆集中在一起，形成一个几乎从一个极延伸到另一个极其巨大的单一陆块，这种轮廓肯定有助于周围大洋中的高效率向极热输送。在南、北两半球，一个单的环流系统作用范围至少达到纬度55度，以致宽阔的、深而缓慢的赤道流在穿过低纬度大于180度弧的旅途中被大大加热。

中始新世和早渐新世之间的总的温度下降，在整个新生代都是最急剧的。这种下降被认为由如下原因引起：①德雷克通道和塔斯马尼亚以南的通道开始为全球循环和气候上隔离的环极流打开了通路；②由于澳大利亚—新几内亚向北移动，吸热的赤道水面积缩小；③特提斯海关闭，不能使赤道环流通过^[1-4]。

Van Andel等人（1975）在分析了太平洋所有不整合之后提出，德雷克通道的打通可能形成了环极流，并隔断了对南极洲的向极热输送，因而产生了冰架和冷的底水。对第三纪早期普遍变冷起作用的明显构造事件是巴拿马地峡的封闭，因而限制了大西洋与太平洋之间赤道水体的交换^[4]。

同理，我们多次撰文指出，德雷克海峡被扩展的南极冰盖封闭，导致气候上隔离的环极西风漂流带的消失，加强赤道热流向两极的输送，使扩展冰盖趋于消失，是南极冰盖不能扩展成南半球大冰川的一个重要原因^[2-4]。这就解决了1994年周尚哲提出的问题。

20世纪晚期古气候研究的最大突破，在于证实了地球轨道参数变动造成的冰期旋回即“米兰科维奇周期”。1994年周尚哲提出，冰期天文理论的一些结论与实际并不完全符合，其中最明显的两个问题是：

其一，根据冰期天文理论，地球南北两半球都将以23000a（近日点相对春分点的周期）为周期交替发生冰期，这就是冰期天文理论关于南北两半球交替发生冰期的学说。但是，到目前为止，所获得的地质纪录却证明南北半球的冰期是同步进行的^[9]。

其二，冰期天文理论认为，冰期发生在地球轨道偏心率e的高值时期。实际上，e的高值却对应第四纪的间冰期^[2,3]。

显然，仅靠太阳辐射量的变化难以解释这些矛盾。莱伊尔关于大陆集中在赤道形成最热气候、大陆集中在两极形成最冷气候的陆海分布决定气候变化理论仍然有效^[4]。石炭-二叠纪大陆集中在南极形成大冰期，中生代大陆分裂在赤道形成温暖期，第四纪大陆向北极圈集中形成大冰期。这是天文冰期理论适用于第四纪而不适用于中生代的原因。大陆漂移理论为全球气候变化提供了构造机制。构造活动是全球气候变化的头等重要因素^[5]。

在短周期的气候变化中，德雷克海峡中的海冰进退控制气候变化的一个可能模式是：南极半岛海冰增多使西风漂流在德雷克海峡受阻，导致环南极大陆水流速度变慢和南太平洋环流速度变快，部分受阻水流北上，加强秘鲁寒流，使东太平洋表面海水变冷，加强沃克环流及增强赤道太平洋热流与南极环流的热交换，增温的南极环流使南极半岛的海水减少；南极半岛的海冰减少使德雷克海峡水流通量增加，导致环南极大陆水流速度变快和南太平洋环流速度变慢，使部分本应北上的水流转而进入德雷克海峡，造成秘鲁海流变弱和东太平洋表面海水变暖，减弱沃克环流；结果使堆积在太平洋西部的暖水东流，减弱赤道太平洋热流与南极环流的热交换，降温的南极环流使南极半岛海冰增加。这就是德雷克海峡的海冰变化调控全球气候变化的机制，称之为南极环大陆海冰的气候开关效应（图1）。

当南极洲的温度变冷时，存在很多海冰的德雷克通道处于封闭状态，阻塞环南极大陆的海流，加快南太平洋环流，并从向极方向连接南极洲热输送，从而使南极洲变暖；当南极洲的温度变暖时，存很少海冰的德雷克通道处于开放状态，打通环南极大陆海流，减慢南太平洋环流，并从向极方向隔离南极洲热输送，因而使南极洲变冷。如图1所示，非洲海冰开关I，澳大利亚海冰开关II和德雷克海峡开关III控制了环南极大陆海流，并从向极方向隔离或连接向南极洲的热输送，因而增加或减少在非洲、澳大利亚和南美洲西部的海洋寒流流量。因此，南太平洋海温的增加和减少在环南极三个“海冰开关”的控制下不断交替发生，与南太平洋环流速度减慢与增加相对应^[1-7]。

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图2. 全球气候的三个海冰启动开关示意图

地球历史上，气候冷暖确实与温室气体浓度有很好的对应关系，但并不表明温室气体增加是全球变暖的唯一原因，一个可能的模式是：德雷克海峡打通导致南极冰盖形成，南极冷水下沉导致海洋底层变冷，由于海底藏冷效应，海洋降温吸收大量温室气体，导致大气温室气体浓度下降，形成第四纪冰期气候。

有证据表明，中生代海洋底层温度为10-15℃，第四纪大冰期鼎盛时期降为0℃，目前为2℃。这是一个非常可靠的检验标准，我们离中生代温暖期相距十分遥远。

如果徳雷克海峡没有闭合，第四纪大冰期就不会结束，南极海冰消失就是气象学家的白日梦。

图3 海底藏冷效应和海洋锅炉效应

研究结论：南极冰川融化对海平面上升的贡献不会超过7米

如果徳雷克海峡没有闭合，第四纪大冰期就不会结束。

第四纪冰川变化以北半球为主，南极冰川融化对海平面上升的贡献不会超过7米。

本次间冰期的高峰已经过去（见图1），未来的最大风险不是全球变暖，而是冰期的到来。历史记录表明，在10万年为周期的冰期与间冰期转换中，间冰期为1万年，冰期为9万年。我们正处于由间冰期向冰期过度的转换时期。

地球气候的长期历史表明，冷暖周期交替变化，是不以人类意志为转移的。人们可能对70年代初出现过的气候“变冷说”记忆犹新。

1971年丹斯加德（Dansgaard）等人发表的格陵兰冰芯氧同位素谱分析成果表明，地球气候有10万年轨道周期变化，其9万年为冷期，1万年为暖期。按此规律，目前气候的暖期已接近尾声，气候“变冷说”一度成为主流。日本气象厅朝仓正在1973年3月3日《东洋经济周刊》撰文预言，地球将于21世纪进入“第四小冰期”。美国威斯康辛大学环境研究所布赖森（Bryson）认为，地球目前正在非常缓慢地进入另一个大冰河期。当时的“变暖说”以大气热污染为依据，代表人物有前苏联列宁格勒地球物理观象总台布迪柯、列宁格勒大学施涅特尼柯夫和美国国家海洋和大气管理局环境保护厅彼得森。他们的理论现在变为主流。

媒体多次披露，对于气候冷暖变迁这一全球重大问题的预测，科学界可谓出尔反尔。20世纪70年代，一批欧美的著名学者曾聚会于美国布朗大学，专门召开了一次“当前的间冰期何时结束和如何结束”的研讨会。学者们举出实例证明，目前的地球气温已经在开始下降，从暖到冷的变化很快，可以不足500年，如果人类不加以干涉，当前的暖期将会较快结束，可以预期不出几千年，也许只有几百年，全球变冷以及相应的环境变迁就会来临。出于对所面临威胁的忧虑，会议的两位发起者甚至还向当时的美国总统尼克松写信发出警报。这种“冰期将临”的观点一直持续了20年。直到了20世纪90年代，全球气温不仅没有下降，反而迅速上升，温室效应与全球气候变暖才成为国际社会的热点^[1-10]。

现在轮到“变暖说”犯错误的时候了。

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冰川融化和海平面上升受到多重自然条件的约束，如果徳雷克海峡没有被封闭，南极冰川就不会有显著的变化，完全融化只是现代气象学家的主观愿望，是全球变暖的错误推论。

在全球变暖的高峰过后，我们将面临21世纪次小冰期：

2016-2017年将发生拉尼娜事件，给全球带来严重的低温冻害。

目前，太阳正处在第24活动周的高峰年，其活动理应处于最活跃的时期。然而，太阳活动强度明显不及上一个活动周，甚至出现太阳表面连黑子都没有了这种罕见现象。这个太阳活动高峰年百年来最弱。有科学家指出，如果这种情况继续发展下去，太阳将沉入超长的最低活动期。目前科学界仍然在探讨太阳黑子周期是如何影响全球气温的。有人认为地球将进入所谓的小冰河期，有人称会在2020年之前，有人则称会更早。

杨冬红等（2011, 2013）指出，近20年的研究发现，潮汐极大期、地震火山活动频发期、太阳黑子超长极小期和全球低温有很好的对应关系。6次时间的一一对应表明其相关性和处于同一激发机制（见表2）。

表2 太阳活动、火山喷发、强潮汐和低温期的对应关系

 注：？？表示终结时间待定。

多因素叠加是小冰期发生的根本原因。导致15-17世纪小冰期和2020年“次小冰期”出现的原因有五：

其一、处于太阳黑子超长极小期

杨冬红等（2013）指出，国外资料显示，太阳将进入不寻常且时间较长的“超级安静模式”，大约从2020年开始，太阳黑子活动或许会消失几年甚至几十年。太阳黑子活动或许将进入“冬眠”，这种情况自17世纪以来从未出现。目前处于200年气候周期的变冷初期。

其二、处于全球强震频发时期

郭增建（2002）指出，海洋及其周边地区的巨震产生海啸，可使海洋深处冷水迁到海面，使水面降温，冷水吸收较多的二氧化碳，从而使地球降温近20年。20世纪80年代以后的气温上升与人类活动使二氧化碳排放量增加有关，同时这一时期也没有发生巨大的海震。巨震指赤道两侧各40°范围内的Ms 8.5级和大于Ms 8.5级的海震。郭增建等人指出，9级和9级以上地震与北半球和我国的气温有很好的相关性。20世纪4场最强的特大地震在很短的时间内都发生在环太平洋地震带的沿海地区：1952年堪察加地震，1957年阿拉斯加阿留申群岛地震，1960年智利地震，1964年阿拉斯加威廉王子海峡地震，与50-70年代低温期相对应。

其三、处于全球火山活动频繁时期

杨冬红等（2013）指出，现代火山活动有明显致冷的记录：小冰期对应强火山活动，小气候最适期对应弱火山活动。因为火山灰和二氧化硫等火山喷发物到达平流层后，较小的气溶胶可在数月内传播到全球，并可在平流层内持续漂浮1~3年，使太阳直接辐射减弱，造成大气降温。最新发表的研究报告显示火山喷发导致了“小冰期”的到来。研究报告称，1275年到1300年之间，热带地区经历过四次大规模火山喷发，喷发出来的大量硫酸盐颗粒进入大气层上空反射了太阳辐射，使地球气温降低；1430年到1450年，也发生了一轮大规模火山喷发，与地震活动一样，火山喷发与气候冷暖变化导致的冰盖消长有关（见表2）。

其四、地球轨道周期

任振球(1997)指出，木星、土星、天王星和海王星使地球冬至时的公转半径发生相当稳定的准周期变化，与全球尤其北半球气温变化的间隔60年振动相一致。在20世纪初的低温期和60~70年代相对偏冷期，当时（1901和1960年）地球冬至时的公转半径分别延长了94(相当于日地距离的0.6%)和57万公里；在30-40年代和80年代后的暖期，地球冬至时的公转半径（1940和2000年）分别缩短了76和44万公里。2000-2020年地球冬至时的公转半径由极小值变为极大值，他推测2020年前后全球气候将进入相对冷期。

韩延本（2003）指出，分析了美国宇航局公布的起自19世纪中期的全球及南北半球的温度异常变化资料，得到它们存在约60年的准周期性波动的初步结果。该周期是它们的中周期波动的主要周期分量之一，它对调制温度的总体变化趋势可起到重要作用。分析表明，该周期分量是时变的，周期长度在19世纪略超过60年，之后缓慢变短，到20世纪后期月在55年至60年间。所谓人类活动造成的温室效应的加剧似乎并未有打乱这一周其分量的存在。这一周期与拉马德雷周期相对应。

其五、处于强潮汐活动时期

Keeling（2000）指出，强潮汐把海洋深处的冷水带到海面，使全球气候变冷，形成的全球气候波动周期大约为1800年。在十五世纪小冰期时期，潮汐强度为最大值，以后开始减弱，直到3100年潮汐强度又将达到最大值。潮汐调温效应使地球的温暖期从小冰期末期一直持续到二十四世纪，而后随着潮汐的增强，地球的气候将逐渐变冷。今后400年处于变暖高峰，下次小冰期将在3100年出现。

杨冬红等（2011）指出，潮汐高低潮还有200年左右的明显周期变化。其中，1425年、1629年两次峰值对应小冰期时期，1770年的峰值对应18世纪的低温，1974年的峰值对应20世纪70年代的气候变冷。特别是潮汐54-56年周期（与太平洋十年涛动的50-70年周期对应），在全球气候变化中有非常明显的作用。

杨冬红等（2014）指出，潮汐变化还有月亮赤纬角最大值变化18.6年周期，与气候变化18.6年周期对应。杨冬红等（2008，2014）指出，1998年最热年记录与1995-1997年的月亮赤纬角最小值时期有关，此后16年气候变暖间断的原因之一是2005-2007年为月亮赤纬角最大值时期，2014-2016年月亮赤纬角最小值时期变暖增强，2023-2025年月亮赤纬角最大值时期变冷达到高潮。2014年和2015年最热年新纪录证实了理论预测的可靠性。

根据以往记录，21世纪太阳黑子超长极小期过程还将持续30年以上。2000-2030年为拉马德雷冷位相，百年极寒有可能发生，但规模较小，变冷规模要小于道尔顿极小期（见表2）。我们称之为“次小冰期”。综合因素表明，2020年气候变冷将达到高潮。

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