海平面上升速度的历史记录：南极冰盖不是定时炸弹

                                 杨学祥

6000年前海面达到最高点：高出现代海面2.5米

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

大约11.5万年前的更新世：全球海平面比今天高6-9米

环球科学大观的博文指出，在大约11.5万年前的更新世，智人还在非洲草原上扎堆地奔跑狩猎，与尼安德特人分享全球。但这些原始人不知道的是，那时的地球正处于一个非常重要的温暖阶段。

据上个月的最新研究表明，加拿大东北部的巴芬岛（Baffin Island）上一次未被冰雪覆盖时，正是约11.5万年前。地质学家Gifford Miller表示，11万年前的地球气候特征非常接近于今天的气候，海洋也很温暖，但有一个主要的差异，即当时全球海平面比今天高20-30英尺（6-9米）！

经过十余万年的演变，多余的海水去了哪里？研究人员认为，一部分肯定形成了格陵兰岛的庞大冰层，尽管格陵兰冰盖的含冰量足以使全球海平面上升6米，但在10万年前，格陵兰冰盖并未完全融化，显然缺失的6-9米海水还去了其他地方。

这是一个大问题，科学家把注意力转移向了南极洲，尤其是极其脆弱的西南极冰体。如果南极西南极冰盖融化，可以轻松使全球海平面上升3米。

美国南极研究专家泰德•斯坎波斯（Ted Scambos）表示，“这是一个非常重要的区别，人类活动大大加剧了未来全球气候变化的不可预知性。如此看来，南极对人类来说就像是一颗定时炸弹，我们无法预知它会在什么时间、以怎样方式对人类带来灾难。”

作者/朱张航宇

参考文献：Revisiting Antarctic ice loss due to marine ice-cliff instability, Nature, volume 566, pages 58–64 (2019)

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

我们的研究表明，在现有的陆海分布条件下，南极冰盖是不会完全消失的。

末次冰期海面比现在低100米

末次冰期是于第四纪的更新世内发生的最近一次冰河时期。末次冰期约于11万年前开始，于前9600-9700年完结。于这段期间，曾出现几次冰川的前进及消退，最盛期发生于约1.8万年前。

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。

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。如果南极冰川全部融化，海平面将上升59米。相关的地质条件是徳雷克海峡完全闭合。

徳雷克海峡打通是南极冰盖形成的必要条件

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]。

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，南极冰盖消失就是气象学家的白日梦。

历史教训

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。海平面上升6-9米是第四纪大冰期历史上南极冰盖融化对海平面上升的最大贡献。

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参考文献

1．Frakes, L. A., Climates throughout geologic time. Elsevier Scientific Publishing Company[M], Amsterdam—Oxford—New York, 1979. 182, 192, 200, 223, 315.

2．杨学祥。太平洋环流速度减慢的原因[J]。世界地质，2003，22（4）：380-384。

3．杨学祥。厄尔尼诺事件产生的原因与验证[J]。自然杂志，2004，26（3）：151－155。

4．Van Andel T H, Heath G R, Moore T C. Cenozoic history and paleooceanography of the central equatorial Pacific Ocean[J]. Geol. Soc. Am.,Mem., 1975, 143: 134

5．杨冬红，杨学祥。澳大利亚夏季大雪与南极海冰三个气候开关。地球物理学进展。2007，22（5）：1680-1685。

6. 杨冬红，杨学祥. 全球气候变化的成因初探. 地球物理学进展. 2013, 28(4): 1666-1677.

7. 杨冬红，杨德彬，杨学祥。地震和潮汐对气候波动变化的影响。地球物理学报。2011，54（4）：926-934.

8. 杨学祥. 地球反对称构造与气候变化的关系. 自然杂志. 2001, 23（3）：135~139

9. 周尚哲. 冰期天文理论研究中的几个问题. 冰川冻土. 1994, 16(1):85~92

10. 杨学祥. 地壳均衡与海平面变化. 地球科学进展. 1992, 7(5): 22-29.