600万年最古老冰揭示冰河时代前的地球温度

科学家上周宣布，在南极洲发现的蓝色冰样本有600万年的历史，“年龄”约是先前记录的地球上最古老冰的两倍。这些冰打开了一扇了解地球古代气候的新窗口——这与科学家们的预期完全不同。

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从南极洲艾伦山挖掘的蓝冰保存着古代温暖气候时期的气泡。图片来源：JULIA MARKS PETERSON

冰中的气泡捕获了上新世的空气，上新世是冰河时代前的一个时期，当时地球的温度比现在高出几摄氏度，二氧化碳的含量可能和现在一样高。但对气泡的初步分析表明，在上新世晚期，二氧化碳水平相当低，在270万年前至100万年前，随着上新世结束、冰河时代开始，地球走向剧烈的气候变化，导致冰河时代变长，二氧化碳水平才略有下降。

美国俄勒冈州立大学地球化学家、美国最古老冰川勘探中心（COLDEX）负责人Ed Brook强调，这些结果是初步的。上周，该中心在欧洲地球物理联盟大会上介绍了这一发现。Brook补充道，即使是二氧化碳含量的微小下降，也能引发重大气候变化。

未参与这项工作的英国剑桥大学古气候学家Eric Wolff说，发现这么古老的冰实在“太棒了”。距今300万年至600万年的最古老冰样本中的气候线索可能在冰与基岩相互作用时被破坏了。但Wolff说，较年轻的样本提供了一组前所未有的古代气候快照。“没有什么比取一个气泡、把它打开，直接放入质谱仪更直接的了。”

大多数科学钻探人员的目标是南极内陆深处的冰，那里的雪年复一年地堆积，在其自重的作用下被挤压成整齐的冰层，保存着古老气泡的连续“档案”。2004年，一个当时最古老的连续冰芯被挖掘出来，有80万年的历史。

2019年，COLDEX团队报告了有270万年历史的冰，以及对150万年前的气泡中温室气体的分析。现在，COLDEX小组又回到了南极艾伦山，找到了更古老的冰。

为确定冰的年代，美国伍兹霍尔海洋研究所古气候学家Sarah Shackleton团队分析了冰气泡中的氩同位素。但这项研究消耗了大量的冰，几乎没有留下标准的8厘米冰芯，以进行同一冰层的其他分析。Brook说，目前，该团队在这块有600万年历史的冰上钻取了小冰芯，所以只知道它的年龄。明年夏天，他们将返回南极取回更大的样本。

但上一季，Brook和同事确实成功钻到了300万年前的巨型冰芯。这些像餐盘一样宽的冰芯中有数百个古代空气样本，包括来自上新世的首个样本。未参与这项研究的瑞士伯尔尼大学古气候学家Hubertus Fischer说：“这是独一无二的快照。”

科学家认为，高浓度的二氧化碳是上新世变暖的原因。沉积物岩芯的数据，例如微小的海洋藻类和植物叶蜡的化学成分表明，当时的二氧化碳浓度可能与今天非自然的高水平相当——425ppm。但俄亥俄州立大学古气候学家Julia Marks Peterson说，没有一个超过100万年的蓝冰样本中的二氧化碳含量超过300ppm。

温室气体数据还引发了人们对大约120万年前开始的神秘气候变化的质疑。那时，某种原因导致冰河时期变得更长、变化更强烈，从温和的4万年周期变为剧烈的10万年周期。这种变化的主流理论是，二氧化碳水平下降，使冰盖变得太厚，以至于无法在4万年的周期内融化。

根据沉积物岩芯中保存的线索，今年2月报道的一项新的气候记录支持了这一观点。但在蓝冰中的发现表明，二氧化碳水平稳定在220至250ppm之间。“我们没有看到二氧化碳有多大变化。”Marks Peterson说，“这并不意味着没有，但它可能比我们预期的要小。”

为了找出真正引发冰河时代变化的原因，研究人员希望找到一个记录这一变化的连续冰芯。Wolff认为，找到这样一个冰芯“是了解二氧化碳是否是这一变化的一部分的‘圣杯’”。