冰下的世界得以保存

　　1966年7月，美国陆军科学家和工程师完成了为期六年的格陵兰冰盖钻探工作。钻探发生在“世纪营”，其中最不寻常的军事基地之一是原子能基地，它由一系列在格陵兰冰盖上挖出的隧道组成。

　　该钻井地点位于格陵兰岛西北部，距离海岸138英里，位于4560英尺厚的冰层下。他们到达冰层底部后，团队继续在下面的冰冻岩石土壤中再钻12英尺。

　　美国寒冷地区工程师研究与工程实验室的乔治·林克莱特在“世纪营”的一条科学海沟里检查一块冰芯。该基地于1967年关闭。美军照片。

　　1969年，地球物理学家威利·丹斯加德(Willy Dansgaard)分析了世纪营的一个冰芯，首次揭示了地球气候变化的细节。在过去的12.5万年里发生了巨大的变化。漫长而寒冷的冰川期(冰川迅速扩张)让位于温暖的间冰期(冰川融化，海平面上升)，洪水淹没了世界各地的沿海地区。

　　近30年来，科学家们很少关注世纪营12英尺高的冻土。一项研究分析了鹅卵石，以了解冰盖下的基岩。另一项有趣的研究表明，冰冻简单的幸存证据时间比今天更温暖。但由于无法确定材料的年代，很少有人关注这些研究。到20世纪90年代，冻土核心已经消失。

　　几年前，我们的丹麦同事在哥本哈根冰柜深处发现了丢失的土壤，我们组成了一个国际团队来分析这个独特的冰冻气候档案。

　　在最上面的标本中，我们发现了保存完好的植物化石——这证明世纪营下面的土地曾经没有冰——但什么时候呢?

　　在格陵兰冰盖下的土壤核心中发现了保存完好的40多万年前的苔藓化石(左)和莎草种子(右)，它们有助于讲述当冰层消失时谁住在那里的故事。哈莉·马斯特罗/佛蒙特大学

　　介绍古石、树枝和泥土

　　利用从沉积物中心切割下来的样本，并在黑暗中进行准备和分析，使这些材料保留了最后一次暴露在阳光下的准确记忆，我们现在知道，覆盖格陵兰西北部的冰盖——今天近一英里厚——在42.4万至37.4万年前的一个漫长的自然温暖时期消失了，气候学家称之为MIS 11。

　　世纪营最上面的冰下岩芯样本讲述了41.6万年前格陵兰岛冰川和苔原生物消失的故事。Andrew Christ/佛蒙特大学

　　为了更好地确定冰盖何时融化，我们中的一员塔米·里特努尔使用了一种称为荧光测年的方法。

　　随着时间的推移，矿物质以放射性元素的形式储存能量，如铀、钍和钾衰变并释放辐射。沉积物埋藏的时间越长，以捕获电子的形式积累的辐射就越多。

　　在实验室里，特殊的仪器测量这些矿物质以光的形式释放的能量的最小粒子。这个信号可以用来计算从最后一次暴露在阳光下释放出被捕获的能量以来，谷物被埋了多长时间。

　　这些同位素是在远离太阳系的宇宙射线撞击地球上的岩石时形成的。每种同位素都有不同的半衰期，这意味着它们在埋藏时的衰变速度不同。

　　通过测量同一样品中的两种同位素，冰川地质学家德鲁·克里斯特(Drew Christ)能够确定，在不到14000年的时间里，融化的冰暴露了地球表面的沉积物。

　　现在，包括我们的新知识，41万6千年前，世纪营地是无冰的，这表明格陵兰冰盖在那个时候一定大大减少了。

　　模拟结果显示了41.6万年前世纪营无冰时萎缩的格陵兰冰盖的可能大小。SLE相当于海平面上融化的冰，单位是米。转载自AJ Christ et al.， Science 381:6655(2023)。

　　至少在这段时间里，在大部分岛屿周围，退缩的冰的边缘从几十英里延伸到几百英里。从今天开始，这些融化的冰所产生的水使全球海平面上升了至少5英尺，甚至可能高达20英尺。

　　对未来的警告

　　格陵兰冰盖下的古老冻土警告着前方的麻烦。

　　在MIS 11间冰期，地球是温暖的，冰盖仅限于高纬度地区，就像今天一样。二氧化碳浓度265到280ppm在大气中停留了大约3万年。由于地球绕太阳轨道的形状对到达北极的太阳辐射的影响，MIS 11比大多数间冰期持续的时间更长。在那3万年里，这种水平的二氧化碳导致了足够的变暖，融化了格陵兰岛的大部分冰。

　　今天，我们大气中的二氧化碳含量是MIS 11的1.5倍，约为420ppm，这一浓度每年都在上升。二氧化碳吸收热量，使地球变暖。大气中过多的碳会导致全球气温升高，正如全世界现在所看到的那样。

　　在过去的十年里，随着温室气体排放量的持续增加，人类经历了有记录以来最热的八年。根据初步数据，2023年7月是有记录以来最热的一周。这样的热量融化了冰盖，冰的流失进一步加热了地球，因为深色的岩石吸收了曾经被明亮的白色冰和雪反射的阳光。

　　在七月的午夜，融水以一条蜿蜒的通道涌入格陵兰冰盖。保罗·比尔曼

　　即使每个人明天都停止燃烧化石燃料，大气中的二氧化碳水平也会下降。保持从几千年到几万年的高度。这是因为二氧化碳需要很长时间才能进入土壤、植物、海洋和岩石。我们创造了有利于持久加热的条件，就像MIS 11一样。

　　除非人类大幅降低大气中二氧化碳的浓度，否则我们发现的格陵兰岛过去的证据表明，格陵兰岛在未来将基本上是无冰的。

　　我们所能做的一切减少碳排放和隔离大气中已经存在的碳将增加格陵兰岛大部分冰存活的机会。

　　另一种可能是一个与MIS 11非常相似，甚至更极端的世界:地球变暖，冰盖萎缩，海平面上升，海浪席卷迈阿密、印度孟买和意大利威尼斯。