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全球变暖,南极冰盖融化可能导致海平面上升20 m

已有 2944 次阅读 2019-10-5 16:48 |个人分类:新观察|系统分类:海外观察| 气候变暖, 海平面, 极地, 冰融化

全球变暖,南极冰盖融化可能导致海平面上升20 m

诸平

据《自然》(Nature)杂志2019102日发表的一项最新研究结果显示,如果全球变暖超过2 ℃,南极洲冰盖融化可能在未来几个世纪里使海平面上升20 m!这项新研究成果是新西兰惠灵顿维多利亚大学南极研究中心(Antarctic Research Centre, Victoria University of Wellington, Wellington, New Zealand)、新西兰下赫特地质与核科学研究所(GNS Science, Lower Hutt, New Zealand)、新西兰怀卡托大学(University of Waikato);荷兰乌得勒支大学(Utrecht University)、荷兰皇家海洋研究所(Royal Netherlands Institute for Sea Research);美国西密歇根大学(Western Michigan University)、美国纽约州立大学(State University of New York),美国宾厄姆顿大学(Binghamton University)以及智利特木科天主教大学(Universidad Catolica de Temuco)的研究人员合作完成。

众所周知,我们的星球在过去经历过温暖期,是大约300万年前的上新世地质时期(Pliocene geological epoch)2019102日发表于《自然》(Nature)杂志的研究表明,在未来几个世纪这一时期,多达1/3的南极洲冰盖融化,导致海平面在未来几个世纪里比现在高出20 m。详见GRANT G RNAISH T RDUNBAR G B, STOCCHI P, KOMINZ M A, KAMP P J J, TAPIA C A, MCKAY R M, LEVY R H, PATTERSON M O. The amplitude and origin of sea-level variability during the Pliocene epoch. Nature, 2019, Published: 02 October 2019, https://www.nature.com/articles/s41586-019-1619-z

研究人员在新西兰(New Zealand)的旺格努伊盆地(Whanganui Basin)钻探岩心,测量了过去海平面的变化。这里有世界上分辨率最高的浅海沉积物。

研究者开发了一种新方法,通过海浪移动的沙粒大小来预测水位,他们构建了一份全球海平面变化的记录,比以前可能的精度要高得多。

上新世(Pliocene)是大气中CO2浓度最后一次超过400 ppm,地球温度比前工业时代高2℃的时期。但是,现在的新研究表明,超过℃的升温可能会导致南极洲再次大范围的融化,我们的星球可能会迅速回到300万年前的气候。

超过了巴黎的气候目标

上周,我们看到了以格蕾塔·通贝里(Greta Thunberg)周五气候罢工为旗号(the banner of Greta Thunberg's Fridays For Future climate strikes)的史无前例的全球抗议活动,因为将全球变暖控制在2℃的巴黎协议(Paris Agreement)目标之下的紧迫性击中了要害。格蕾塔·通贝里是年仅16岁(2003年出生)的瑞士少女,她是全球青年气候领军人物。当格蕾塔·通贝里谴责联合国没有更早地根据科学证据采取行动时,她捕捉到了集体的沮丧。她的呼吁(Her plea)引起了共鸣,并提醒我们:“以今天的排放水平,剩下的1.5℃的CO2预算将在不到8年半的时间里完全超过。”

按照目前的全球排放速度,到2030年,我们可能会回到上新世(may be back in the Pliocene by 2030),将超过巴黎2℃的目标。人类面临的一个最关键的问题是全球海平面将上升多少,以及上升的速度有多快。根据政府间气候变化专门委员会(IPCC)的世界海洋和冰冻圈的最近特别报道(special report on the world's oceans and cryosphere),冰川和极地冰盖继续加速融化,但极地冰盖的贡献,特别是南极冰盖的融化对于海平面上升(future sea level rise)的贡献,未来仍然难以约束。

如果我们继续按照目前的排放轨迹发展,本世纪末全球海平面上升的中位数(66%的概率)将比现在高出1.2 m,而海平面上升2 m是合理的上限,尽管其概率仅有5%。当然,气候变化不会在2100年后神奇般地停下来。

钻探知晓未来

为了更好地预测未来世界的海岸线,我们需要了解极地冰盖的敏感性。

如果我们想知道在400 ppmCO2的浓度下,海平面会上升多少,上新世是一个很好的比较对象。早在2015年,研究人员就在旺格努伊盆地(Whanganui Basin)崎岖的山地下钻探了上新世沉积的沉积物岩心。其中一位(蒂莫西·纳伊什,Timothy Naish)在这个领域工作了近30年,在地球历史的最近350万年里,他发现了全球海平面的50多次波动(50 fluctuations in global sea level)。

全球海平面随着自然气候周期而上下波动,这种周期被称为“米兰科维奇周期(Milankovitch cycles)”,是由地球太阳轨道每2万年、4万年和10万年发生的长期变化引起的。这些变化反过来又导致极地冰原扩大或融化。

虽然海平面被认为波动了几十米,但直到现在,由于地球变形过程和许多周期的不完全性,重建精确振幅的努力一直受阻(reconstruct the precise amplitude had been thwarted)。

GRANT G R等人的研究采用了一种行之有效的理论,即在大陆架上由波浪输送的颗粒大小与海床深度之间存在着一种联系。然后,他们将这一方法应用于800 m的岩心和露出地面的岩层,代表了250万年至330万年前的连续沉积物序列。

研究人员发现,上新世期间,全球海平面在5~25 m之间有规律地波动。在考虑了当地的大地构造运动和由重力和地壳变化引起的区域海平面变化的基础上,从而确定了海平面估计值,即众所周知的PlioSeaNZ海平面记录(PlioSeaNZ sea-level record)。这提供了全球平均海平面变化的近似值。

南极洲对海平面上升的贡献

新西兰等国研究人员合作完成的最新研究还表明,上新世(Pliocene)海平面上升的大部分来自南极洲的冰原。在温暖的上新世,地球大陆和海洋的地理和极地冰原的大小(polar ice sheets)都与今天相似,只有格陵兰岛(Greenland)在最温暖的时期有一个小冰原。在旺格努伊盆地(Whanganui Basin)记录的全球海平面上升最高25 m中,格陵兰冰盖的融化最多贡献了5 m

最令人担忧的是,迄今为止,全球变暖产生的热量中,超过90%进入了海洋(90% of the heat from global warming)。大部分都流入了南冰洋(Southern Ocean),南冰洋覆盖着南极冰盖(Antarctica's ice sheet)的边缘。目前,研究人员已经观察到温暖的极地附近的深水上涌,并进入南极洲周围几个地点的冰架洞(entering ice shelf cavities)。南极洲西部的阿蒙森海(Amundsen Sea)沿岸,那里的海洋温度最高,冰盖变薄的速度最快,退缩的速度也最快(ice sheet is thinning and retreating the fastest)。南极洲1/3的冰盖(相当于海平面上升20 m)被搁置在海平面(sea level)以下,很容易因海洋升温而大面积崩塌(vulnerable to widespread collapse from ocean heating)

新西兰等国的研究对南极冰盖的稳定性和敏感性以及它对未来海平面的潜在影响具有重要意义。它支持这样一种观点,即如果允许全球气温上升2 ℃以上,南极冰盖的临界点可能会被跨越。这可能会导致未来几个世纪冰盖的大部分融化,重塑世界各地的海岸线。更多信息请注意浏览原文或者相关报道。

W. Antarctica's crumbling ice sheet to redraw global coastline

If warming exceeds 2 , Antarctica's melting ice sheets could raise seas 20 meters in coming centuries

G. R. Grant et al. The amplitude and origin of sea-level variability during the Pliocene epoch, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1619-z

Abstract

Earth is heading towards a climate that last existed more than three million years ago (Ma) during the ‘mid-Pliocene warm period’1, when atmospheric carbon dioxide concentrations were about 400 parts per million, global sea level oscillated in response to orbital forcing2,3 and peak global-mean sea level (GMSL) may have reached about 20 metres above the present-day value4,5. For sea-level rise of this magnitude, extensive retreat or collapse of the Greenland, West Antarctic and marine-based sectors of the East Antarctic ice sheets is required. Yet the relative amplitude of sea-level variations within glacial–interglacial cycles remains poorly constrained. To address this, we calibrate a theoretical relationship between modern sediment transport by waves and water depth, and then apply the technique to grain size in a continuous 800-metre-thick Pliocene sequence of shallow-marine sediments from Whanganui Basin, New Zealand. Water-depth variations obtained in this way, after corrections for tectonic subsidence, yield cyclic relative sea-level (RSL) variations. Here we show that sea level varied on average by 13 ± 5 metres over glacial–interglacial cycles during the middle-to-late Pliocene (about 3.3–2.5 Ma). The resulting record is independent of the global ice volume proxy3 (as derived from the deep-ocean oxygen isotope record) and sea-level cycles are in phase with 20-thousand-year (kyr) periodic changes in insolation over Antarctica, paced by eccentricity-modulated orbital precession6 between 3.3 and 2.7 Ma. Thereafter, sea-level fluctuations are paced by the 41-kyr period of cycles in Earth’s axial tilt as ice sheets stabilize on Antarctica and intensify in the Northern Hemisphere3,6. Strictly, we provide the amplitude of RSL change, rather than absolute GMSL change. However, simulations of RSL change based on glacio-isostatic adjustment show that our record approximates eustatic sea level, defined here as GMSL unregistered to the centre of the Earth. Nonetheless, under conservative assumptions, our estimates limit maximum Pliocene sea-level rise to less than 25 metres and provide new constraints on polar ice-volume variability under the climate conditions predicted for this century.




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