科学家发现了一英里深的格陵兰冰层下的植物

诸平

据美国佛蒙特大学（University of Vermont，UVM）2021年3月15日提供的消息，科学家在格陵兰岛（Greenland）的一英里冰层下发现了冷冻的植物化石（frozen plant fossils）。这一发现有助于确认一种新的令人费解的认识，即格陵兰冰原在地球历史上最近的温暖时期已完全融化-就像我们现在正在因人为气候变化而创造的那样。这项新研究提供了有力的证据，表明格陵兰岛对气候变化的敏感性比以前理解的要高，并且具有不可逆转的融化风险。也为长期丢失的冰芯提供了直接的证据，表明过去100万年中巨大的冰盖融化，极易受到气候变暖的影响。相关研究结果于2021年3月15日已经在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）网站发表——Andrew J. Christ, Paul R. Bierman, Joerg M. Schaefer, Dorthe Dahl-Jensen, Jørgen P. Steffensen, Lee B. Corbett, Dorothy M. Peteet, Elizabeth K. Thomas, Eric J. Steig, Tammy M. Rittenour, Jean-Louis Tison, Pierre-Henri Blard, Nicolas Perdrial, David P. Dethier, Andrea Lini, Alan J. Hidy, Marc W. Caffee, John Southon. A multimillion-year-old record of Greenland vegetation and glacial history preserved in sediment beneath 1.4 km of ice at Camp Century. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2021; 118 (13): e2021442118 DOI: 10.1073/pnas.2021442118. www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2021442118

1966年，美国陆军科学家在格陵兰岛西北部钻探了近一英里的冰层，并从底部拉出了一条15英尺长的污垢管。然后，这种冻结的沉积物在冰箱中损失了数十年。它是在2017年意外发现的。

2019年，佛蒙特大学的科学家安德鲁·克里斯特（Andrew Christ）通过显微镜对其进行了观察-简直不敢相信自己所看到的：而不仅仅是沙子和岩石，竟然还有树枝和树叶。这表明冰块是在最近的地质历史中消失的-植被茂盛的地貌，也许是北方的森林，屹立在今天像阿拉斯加（Alaska）一样深的一英里深的冰原上。

在过去的一年中，安德鲁·克里斯特和由佛蒙特大学（UVM）的保罗·比尔曼（Paul Bierman）、哥伦比亚大学（Columbia University）的约尔格·谢菲尔（Joerg Schaefer）和哥本哈根大学（University of Copenhagen ）的多尔特·达尔-詹森（Dorthe Dahl-Jensen）领导的一个国际科学家团队，研究了这些独一无二的化石植物和格陵兰岛底部的沉积物。他们的研究结果表明，格陵兰岛的大部分或全部必须在过去100万年内，甚至在最近几十万年内都没有结冰。

安德鲁·克里斯特说：“冰床通常会粉碎并破坏其路径上的所有东西，但我们发现的是精致的植物结构-保存完好的。它们是化石，但看起来像是昨天才刚刚死了的。这是一个我们在其他任何地方都找不到的曾经生活在格陵兰岛的时代文物密藏器（ time capsule）”。

这一发现有助于证实一种令人不安的新认识，即格陵兰岛的冰在地球历史上最近的温暖时期完全融化了，就像我们现在正在因人为气候变化而创造的时期一样。

过去了解格陵兰冰原，对于预测未来它将如何应对气候变暖以及融化的速度至关重要。由于格陵兰岛的冰层阻塞了约20英尺的海平面上升，因此世界上每个沿海城市都处于危险之中。这项新研究提供了迄今最有力的证据，表明格陵兰比以前理解的更脆弱，对气候变化更为敏感，而且面临着不可逆转地融化的巨大风险。

佛蒙特大学文理学院鲁宾斯坦环境与自然资源学院（UVM in the College of Arts & Sciences, Rubenstein School of Environment & Natural Resources）的地球科学家、冈德环境研究所（Gund Institute for Environment）研究员保罗·比尔曼说：“这并不是20代的问题（twenty-generation problem），而是未来50年的紧迫问题。”

冰之下的秘密（Beneath The Ice）

这项新的PNAS研究资料来自世纪营（Camp Century），这是20世纪60年代在北极圈上方冰盖内挖出的冷战军事基地。该营地的真正目的是进行一项超级秘密行动，称为“冰虫计划（Project Iceworm）”，将600枚核导弹隐藏在靠近苏联的冰层下。作为掩护，军队将这个营地设计成一个极地科考站

军事任务失败了，但科学团队完成了重要的研究，包括钻探4560英尺深的冰芯。世纪营的科学家们把重点放在了冰本身上，这是当时人们为了解地球冰河期的深厚历史而付出努力的一部分。显然，他们对从冰芯下面收集的一些污垢、泥土不太感兴趣。然后，在一组真正的奇怪、曲折的电影情节中，将得到的冰芯从20世纪70年代的军队冰柜转移到了布法罗大学（University of Buffalo）的冰柜；再到了20世纪90年代，又转移到了丹麦哥本哈根（Copenhagen, Denmark）的另一台冰柜保存，在那里冻结了数十年之久。直到当将冰心再次转移至新的冰柜时，它才浮出水面。

在更新世（Pleistocene）的大部分时间（即过去260万年的冰期）中，格陵兰的部分冰层，甚至在称为“冰川间期”的较暖期期间仍持续存在。但是，这些通俗易懂的故事大部分是通过间接证据将泥土和岩石冲刷而来的，这些泥土和岩石冲刷了该岛并由近海海洋钻探收集而成。格陵兰岛冰盖的范围，以及在最后一个冰期间的温暖时期（大约在12万年前结束）之前，在那里存在着什么样的生态系统，已经引起了激烈的辩论，不过人们对此知之甚少。

这项新研究清楚地表明，世纪营地的深冰-距海岸内陆约75英里，距北极仅800英里-在过去100万年中至少融化了至少一次，并被植被覆盖，包括苔藓和也许是树木。在美国国家科学基金会的支持下，这项新研究与20世纪90年代从格陵兰市中心的另外两个冰芯获得的数据相吻合。这些岩心底部的沉积物也表明，在最近的地质历史中，冰盖已经消失了一段时间。这些格陵兰市中心的核心与西北偏远地区的世纪营的新见解相结合，使研究人员对整个格陵兰冰原的命运有了前所未有的认识。

科学家团队使用了一系列先进的分析技术-50年前研究人员还没有找到这些技术-来探测在世纪营冰芯底部发现的沉积物、化石和蜡质的叶子。例如，他们测量了铝和石英中形成的铍元素稀有同位素的比率，只有当地面暴露于天空，并且可能受到宇宙射线的撞击时，它们的比率才能达到。这些比率为科学家提供了一个窗口，可以了解暴露在外的岩石与被埋在冰层下多长时间。这种分析为科学家提供了一种时钟，用于测量格陵兰岛过去发生的事情。另一项测试使用的是稀有形式的氧气同位素，这种氧气存在于沉积物中的冰中，研究小组写道，这表明降水必须下降到比当前冰盖高度低得多的高度，“这证明了冰盖的缺失”。将这些技术与发光研究相结合，可以估算沉积物暴露于光下后的时间，对冰中木头的放射性碳定年，以及对冰层和碎屑的排列方式进行分析，这使得研究团队可以清晰地认识到在过去的100万年中，大部分（即使不是全部）格陵兰岛融化了至少一次-使格陵兰岛变成绿色，长满青苔和地衣，甚至还有云杉和冷杉树（spruce and fir trees）。

这项新的研究表明，过去的生态系统并没有被冰川和冰原的年代冲刷而被遗忘。相反，这些有生命的景观的故事被保存在地面上形成的相对年轻的冰下，被冻结在原地，并使其保持静止不动。

在一部20世纪60年代由陆军制作的关于“世纪营”的电影中，叙述者指出“格陵兰岛上90%以上的地方都被永久冻结在极地冰帽下。”这项新研究清楚地表明，它不像我们曾经想象的那样持久。安德鲁·克里斯特说：“我们的研究表明，格陵兰岛对自然气候变暖的敏感性比我们以前想象的要敏感得多，而且我们已经知道，人类对地球变暖的失控极大地超过了自然速率。”

UVM的保罗·比尔曼（Paul Bierman）说：“格陵兰岛看起来似乎很遥远，但它会迅速融化，大量流入海洋，纽约（New York）、迈阿密（Miami）和达卡（Dhaka）——随便你选一个城市——都会沉入海底。”上述介绍仅供参考，更多信息敬请注意浏览原文或者相关报道。

Greenland melting likely increased by bacteria in sediment

Significance

Understanding Greenland Ice Sheet history is critical for predicting its response to future climate warming and contribution to sea-level rise. We analyzed sediment at the bottom of the Camp Century ice core, collected 120 km from the coast in northwestern Greenland. The sediment, frozen under nearly 1.4 km of ice, contains well-preserved fossil plants and biomolecules sourced from at least two ice-free warm periods in the past few million years. Enriched stable isotopes in pore ice indicate precipitation at lower elevations than present, implying ice-sheet absence. The similarity of cosmogenic isotope ratios in the upper-most sediment to those measured in bedrock near the center of Greenland suggests that the ice sheet melted and re-formed at least once during the past million years.

Abstract

Understanding the history of the Greenland Ice Sheet (GrIS) is critical for determining its sensitivity to warming and contribution to sea level; however, that history is poorly known before the last interglacial. Most knowledge comes from interpretation of marine sediment, an indirect record of past ice-sheet extent and behavior. Subglacial sediment and rock, retrieved at the base of ice cores, provide terrestrial evidence for GrIS behavior during the Pleistocene. Here, we use multiple methods to determine GrIS history from subglacial sediment at the base of the Camp Century ice core collected in 1966. This material contains a stratigraphic record of glaciation and vegetation in northwestern Greenland spanning the Pleistocene. Enriched stable isotopes of pore-ice suggest precipitation at lower elevations implying ice-sheet absence. Plant macrofossils and biomarkers in the sediment indicate that paleo-ecosystems from previous interglacial periods are preserved beneath the GrIS. Cosmogenic 26Al/10Be and luminescence data bracket the burial of the lower-most sediment between <3.2 ± 0.4 Ma and >0.7 to 1.4 Ma. In the upper-most sediment, cosmogenic 26Al/10Be data require exposure within the last 1.0 ± 0.1 My. The unique subglacial sedimentary record from Camp Century documents at least two episodes of ice-free, vegetated conditions, each followed by glaciation. The lower sediment derives from an Early Pleistocene GrIS advance. 26Al/10Be ratios in the upper-most sediment match those in subglacial bedrock from central Greenland, suggesting similar ice-cover histories across the GrIS. We conclude that the GrIS persisted through much of the Pleistocene but melted and reformed at least once since 1.1 Ma.