浩海云

第四紀(jì)（250萬年前開始的地球歷史時期）通常以一系列的冰期和間冰期為特征，這期間冰蓋反復(fù)消長，尤其是北半球的大部分地區(qū)出現(xiàn)了冰凍潮汐。

在中更新世轉(zhuǎn)變之前，第四紀(jì)全球冰期大約每4萬年重復(fù)一次。然而，在中更新世轉(zhuǎn)變期間，第四紀(jì)冰期的模式發(fā)生了根本性轉(zhuǎn)變并擴展到10萬年的間期。盡管人們普遍同意4萬年的周期是由地球軌道傾斜或傾角的周期性變化驅(qū)動的，但軌道推動力理論未能充分解釋中更新世轉(zhuǎn)變之后的冰川——間冰期周期為何會延長。

澳大利亞墨爾本大學(xué)的一項新研究顯示，當(dāng)?shù)剌S的傾斜度接近最高值時，過去100萬年的冰河時代就結(jié)束了。

這項由博士生佩特拉·巴喬及其同事進行的研究還表明，這些冰期終結(jié)時的夏季能量水平控制著冰原崩塌所需的時間，而更高的能量水平則會導(dǎo)致冰原迅速崩塌。

該研究為最近11次冰川消退提供了一個新的高分辨率記錄，并揭示了傾角和日射在測量地球冰期-間冰期循環(huán)中的持續(xù)影響。巴喬說：“地球軌道的傾斜是整個第四紀(jì)的冰川-間冰期周期的主要驅(qū)動因子?！?p>

冷熱交替循環(huán)往復(fù)

寒冷-溫暖-寒冷……地球的歷史似乎總是在冰期和間冰期之間來回切換。

事實上，地球默認(rèn)的氣候似乎溫暖宜人。在過去的10億年里，非冰期占了四分之三。然而，其間的6次冰河時代使地球變冷，其中兩次嚴(yán)重到足以把地球變成一個被冰雪覆蓋大部分表面的雪球。

而在冰期之間，更長、更強烈的夏季，融化了北半球的大冰原，推動地球氣候進入溫暖的間冰期，就像人們在過去1.1萬年經(jīng)歷的那樣。但人們一直不清楚，是什么原因?qū)е铝顺掷m(xù)數(shù)千萬年的冰期結(jié)束。

在很大程度上，地球的氣候是由大氣中二氧化碳含量所驅(qū)動的，二氧化碳會留住熱量，使地球變暖。盡管自工業(yè)革命以來，化石燃料的燃燒已經(jīng)將二氧化碳水平推高到300萬年未見的高度，但在地球歷史上，二氧化碳水平甚至更高，并與溫暖時期相吻合。

“地球本身有長期固碳的能力，我們知道這些過程使地球的氣候保持平衡，但確定是什么原因?qū)е路潜夂蚝捅夂蛟诎偃f年的時間尺度上發(fā)生變化，則是一個長期存在的難題。”未參與上述研究的美國加州大學(xué)伯克利分校地球和行星科學(xué)系助理教授尼古拉斯·斯旺森·海塞爾說。

板塊撞一撞寒冷就到來

地球溫暖宜人的氣候偶爾會被寒潮打斷，后者使兩極被冰雪覆蓋。那么地球為何會進入冰河時代？之前研究發(fā)現(xiàn)，關(guān)鍵的觸發(fā)點可能是熱帶大陸板塊與火山島弧碰撞時形成的山脈，比如阿拉斯加的阿留申群島。

2019年4月，斯旺森·海塞爾團隊及合作者，使用地理學(xué)模型“重建”了過去5億年中地質(zhì)板塊的變動情況，發(fā)現(xiàn)這期間所有3次冰河期都出現(xiàn)在大陸板塊和火山島弧在熱帶地區(qū)相撞之后。

火山島弧指大洋中成弧形分布并有火山活動的群島。這種撞擊形成的蛇綠巖能大量吸收二氧化碳，把大氣中的二氧化碳封存在巖石中，從而給地球降溫。

當(dāng)這類撞擊慢慢停止，就不再有新的蛇綠巖裸露到地表。如果新生成的蛇綠巖不是處于溫暖潮濕的熱帶，其“固碳”效率也會降低。而火山爆發(fā)等事件繼續(xù)釋放二氧化碳，使地球溫度重新上升。

不幸的是，對地球的未來而言，消耗二氧化碳的地質(zhì)過程是緩慢的，而且無法與當(dāng)前石油、煤炭和天然氣燃燒產(chǎn)生的大量二氧化碳排放相抗衡。在數(shù)千年時間尺度內(nèi)，地球有可能恢復(fù)自然的碳平衡，但對現(xiàn)代文明來說，這是過于漫長的等待。

那么，冰河時代為何來了又去？

自19世紀(jì)中期以來，科學(xué)家一直懷疑，地球軌道幾何形狀的變化是導(dǎo)致冰河時代結(jié)束的原因，但人們不確定哪個軌道特性是最重要的。

地球彎彎腰冰河說拜拜

在過去的100萬年中，地球軌道在整個中更新世過渡期及之后的小幅變化，是否觸發(fā)和終止了全球性的冰川活動？巴喬等人計劃通過確定冰河時代結(jié)束的時間，進一步解開冰河時代為什么會結(jié)束的謎團。

評估地球冰河期周期理論的一個主要挑戰(zhàn)是無法確定海洋深處沉積記錄的年代。于是，研究小組將來自意大利石筍的數(shù)據(jù)與來自葡萄牙海岸的海洋沉積物的信息結(jié)合起來。利用最新的放射性年代測定技術(shù)，研究小組確定了兩個分別發(fā)生在96萬年前和87.5萬年前的冰河時代終止年代。這些年代表明，這兩次終止的開始與地球傾斜角度的增加更為一致。

英國劍橋大學(xué)和葡萄牙研究所的同事對北大西洋冰蓋崩塌情況做了詳細(xì)記錄。研究者可以在石筍生長層中發(fā)現(xiàn)與海洋沉積物中記錄的變化相同的變化。這使研究者能夠?qū)⑹S的年齡信息應(yīng)用到海洋沉積物記錄中，而這個時期的海洋沉積物記錄的年代是無法確定的。

巴喬和同事還將研究擴展至過去100萬年的11次成冰—消冰事件。結(jié)果證明，中更新世轉(zhuǎn)變之后的前兩次消冰事件被兩個傾角周期隔開。研究人員還表示，在北半球冰蓋所在的地區(qū)，氣溫升高會導(dǎo)致夏季變暖，冰層融化。

當(dāng)北半球夏季冰蓋上的能量接近峰值時，這兩次冰期都進入了結(jié)束階段。將這些發(fā)現(xiàn)與之前發(fā)表的更晚期的終結(jié)數(shù)據(jù)進行比較，就會發(fā)現(xiàn)這種模式在過去100萬年中反復(fù)出現(xiàn)。

研究人員仍在試圖了解這些周期持續(xù)的時間，以及人們多久可以“等到”另一個周期的到來。他們還計劃進一步研究更新世中期，那時的冰期周期平均長度突然增加了1倍。