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2022-06-29 18:23
这个北极不太冷

本文来自微信公众号:星球研究所,作者:丁昊、云舞空城,编辑:云舞空城、所长,图片:周昫光,设计:王申雯,地图:张威、陈志浩、郑艺,审校:云舞空城,地图审校:陈景逸,头图来自:视觉中国


北极,地球北部,总面积超过2100万平方千米的极寒地带。


(北极地区范围示意,所示国家为部分领土位于北极地区的国家,制图@张威&王申雯/星球研究所)


184万平方千米的冰川覆盖陆地,1100万平方千米的海冰冻结海洋。


高空之中,极度寒冷的北极涡旋随时准备南下,用寒潮侵扰四方。


(因北极与其他地区的温度差异等因素,北极及周边区域上空长期存在着北极涡旋与极锋急流,并将极地的冷空气束缚其中;下图为北极涡旋与极锋急流示意,制图@王申雯/星球研究所)


但是,冰封的极地却并非地球的常态,两极冰封的“冰室地球”在地球46亿年的岁月里出现次数寥寥无几。


可对于人类而言,这个冰封的北极却非常重要。在一个越来越热的世界里,遥远北极的命运将会影响到我们每一个人。


(一只北极熊在冰面上奋身起跳,摄影师@沈辉)



是谁冰封了北极?又是什么样的力量让它急速消融?


一切要从千万年前“凛冬“的降临说起。


凛冬降临


与南极以陆地为主不同,北极以北冰洋为中心,陆地环绕四周,仅有白令海峡、挪威海等少数通道

可让北冰洋与外界相连。


(北冰洋范围示意,不同机构组织对北冰洋范围的定义存在差异,本文以图中所示边缘海作为北冰洋范围的边界,制图@张威/星球研究所)


这也使北冰洋成为全球最小的大洋,仅有1400多万平方千米,为太平洋的7.7%,外号“北极地中海”


广阔的大陆架伸入北冰洋的海底,除大洋中部由三条海岭分隔形成的四片海盆较深外,北冰洋的平均深度仅有1200多米,是全球最浅的大洋


(请横屏观看,北冰洋海底地形示意,制图@张威&王申雯/星球研究所)


如此的海陆格局,历经了数千万年的地质演变。而在这场演变的早期,地球还十分温暖,北冰洋表层温度甚至可以高达23℃,堪比今天的亚热带。但数千公里外的地质运动,即将把地球抛入刺骨的寒冷。


约8000万年前起,广泛而持续的造山运动,从欧洲的阿尔卑斯经伊朗的札格罗斯,到亚洲的喜马拉雅,制造出规模巨大的超级造山带,并持续至今。


(白垩纪晚期以来全球板块运动示意,制图@王申雯&郑艺/星球研究所)


群山逐渐隆升,大量的新鲜岩石暴露地表,逐渐被雨雪风霜破坏,与大气发生复杂的化学反应,消耗了大量的二氧化碳,减弱了温室效应,以至于在最近的5500万年里,地球开始逐渐降温。


约1300万年前,北冰洋的表层海水逐渐冻结,形成了大范围全年存在的海冰。随着地球继续降温,北冰洋很快就被彻底冻结,北极周边的陆地也开始被冰雪覆盖。


约700万年前,格陵兰岛的积雪逐渐压实成冰,形成冰川。随着全球气温逐渐降低,冰川自高向低扩张,直至从陆地延伸至海面,成为矗立海上的白色绝壁,浑厚壮观。


(请横屏观看,斯瓦尔巴群岛上延伸至海面的冰川,摄影师@梅元皎)


当延伸至海面,冰川在重力、海浪等作用下断裂、坍塌、崩解,便形成了漂浮于海上的冰山


(格陵兰岛附近海域的冰山,摄影师@Thomas看看世界)


而陆地上冰川的体积不断增长,范围也越来越大,至约275万年前,北冰洋周边陆地的大量冰川已彼此相连成巨大、巨厚的冰体,可以将下方的山谷、山脊悉数覆盖,冰盖诞生了。


至此,整个北极以及周边地区变成了地球的白色穹顶。再加上从约3400万年前,就逐渐被冰盖覆盖的南极,地球正式变成两极冰封的“冰室地球”


(当地球南北两极均有大量冰体覆盖时,即为“冰室地球”,如今我们所处的“冰室地球”时期,在近5亿年来的历史中仅为第3次;请横屏观看,图为斯瓦尔巴群岛上的冰川,摄影师@陈建伟)


然而,在地球整体寒冷的基调下,也有着小幅度的冷暖交替。每隔数十万乃至数万年,地球的公转姿态会发生微小变化,接受的太阳能量随之波动,气候也出现冰期和间冰期的变化。


在最寒冷的冰期,北极冰盖范围极大,可向南延伸到北纬37°,格陵兰岛、北美大陆大部、欧亚大陆北部几乎全被覆盖,再加上南极洲冰盖和陆地高山冰川的贡献,全球海平面可下降超过百米。


(随着地球气候周期性变化,冰盖的范围和体量也一直在变化,约两万年前的末次冰盛期是距离我们最近的一个极寒时刻,海平面下降了约130米;下图为末次冰盛期冰盖范围,其中海岸线为海平面下降130米后的位置,制图@王申雯&张威/星球研究所)


但冰期之后的间冰期,全球气候会重新回暖。约1.2万年前,距离我们最近的一个冰期结束,快速的增温,令广阔的冰盖再次后退,人类熟悉的现代北极,开始逐渐成型。


冰雪行迹


冰向高山和北方退去,在北极外围的陆地上,留下许许多多的冰川地貌。


在北极和周边的山岭中,冰川从山麓后退至山顶或消失不见,留下许多棱角分明的刃脊,尖锐锋利的角峰,还有呈U形的冰川槽谷。


无论是北欧的斯堪的纳维亚山脉,还是阿拉斯加的布鲁克斯岭,北极和周围的山地因为极其丰富的冰川地貌,尽显凌厉之态。


(挪威赛尼加岛的冰川地貌,它属于斯堪的纳维亚山脉的一部分,摄影师@苏铁)


其中,冰川在海岸山地塑造的峡湾,尤为特别。


(请横屏观看,格陵兰岛的峡湾景观,摄影师@Thomas看看世界)


在寒冷的冰期,冰川在群山间刨蚀出许多U型槽谷,随着冰川退却、海平面上升,海水逐渐淹没U型槽谷,并向内陆不断延伸,幽深狭长的峡湾便诞生了。


(峡湾形成示意,制图@王申雯/星球研究所)


位于格陵兰岛的斯科斯比松峡湾,长度达到350千米,且拥有树枝般繁多的分叉,构成了世界上最大的峡湾体系之一。


(格陵兰斯科斯比松峡湾卫星图,图片来源@NASA)


而被斯堪的纳维亚山脉纵贯全境的挪威,更是拥有近1200条峡湾,海岸线变得无比曲折,总长度超过2.5万千米,其中约90%都位于峡湾两侧。


(挪威海岸沿线峡湾分布,制图@陈志浩/星球研究所)


山区之外,不断向北退却的冰川,则揭开了冰下世界的秘密。


在更久远的年代里,这些冰川向南发育、扩展时,在地表岩石软弱之处刨蚀出许多洼地,如今随着冰川退却逐渐暴露出来,被融水填满后,形成星罗棋布的冰蚀湖


(冰蚀湖形成示意,制图@王申雯/星球研究所)


1/4国土位于北极圈内的芬兰,拥有近19万个湖泊,仿佛镶嵌于大地上的无数宝石。最大的塞马湖(Saimaa)面积达到4400平方千米,将数千座岛屿拥入怀抱。


古老的冰川,塑造了北极部分地区的面貌。但北极依旧寒冷,广泛分布的冻土,还塑造了一些更加奇特的景观。当地下水体结冰膨胀,上部的泥土被顺势顶起,在大地上产生了许多小丘,被称作冻胀丘。


(位于加拿大西北地区图克托亚图克的冻胀丘,摄影师@Kristian Binder)


而对于冻土地区的地表水体,由于反复发生冻结和消融,地面逐渐塌陷、积水,形成数不胜数的热融湖。


(热融湖形成示意,制图@王申雯/星球研究所)



从高空俯瞰时,这些热融湖密集分布、形状各异,在辽阔的北极大地上,描绘着出人意料的图案。


经过长期的消融与退却,在如今的北极,冰川已基本退出北极外围的大陆,只残存于北冰洋外围的岛屿上。例如斯瓦尔巴群岛的群山之间蜿蜒着1600多条冰川,这个面积仅有6万多平方千米的群岛,有一半以上的陆地被冰川覆盖。


格陵兰岛则保存着北极仅剩的冰盖,总面积超过170万平方千米,覆盖着格陵兰岛85%的陆地。


冰川从北极的陆地大幅退却,而海冰的范围也已不及冰盛时期。


它随四季冷热轮转,寒冬后的三月,北冰洋的海冰面积最大,可以延伸至太平洋与大西洋,总面积达到1540万平方千米。而盛夏后的九月,便仅剩640万平方千米,退居北冰洋一隅。


(以上数据为1981-2010年三月、九月北冰洋海冰延伸范围的平均值;下图为北冰洋冬夏海冰延伸范围示意,制图@张威/星球研究所)


冰室地球背景下的小升温让北极冰雪退却,不仅重塑了北极的面貌,也使各类动植物重新向北极进发,将北极再度变成生灵的热土


生灵热土


北极圈附近的陆地是北极相对温暖的地方,虽然年平均气温往往不到5℃,但由松树、云杉、冷杉等针叶树组成的森林,仍能在这里成片地生长,这便是北方针叶林又称泰加林。


其范围从北纬50度延伸至北纬70度,覆盖欧亚、北美大陆北部的大部分区域,以约11.5%的地球陆地面积成为世界上最大的生物区系,也是世界上最北的森林。


(北方针叶林范围示意,制图@张威&王申雯/星球研究所)


每当寒冬降临,这些针叶树便会停止生长,进入冬眠状态。细胞壁与细胞内物质还会发生轻度分离,即使细胞之间结冰,细胞内也不易形成冰晶,从而避免受到损害。而当夏季来临,它们在较低的温度下便被“唤醒”,以便充分利用短暂的夏季生长。


凭借这样的本领,它们在北极密布成林蔓延千里,成为冰天雪地中的森林王者


而在纬度更高、更加寒冷的地方,北方针叶林也无法生长,另一种植物群落开始展现它们的本领。


这是由苔藓、地衣、草本植物以及一些矮小的灌木等组成的苔原


这些看似纤弱的植物,在地球最北的土地上呈现出勃勃生机,其分布面积超过1100万平方千米。


(北半球苔原范围示意,制图@张威&王申雯/星球研究所)


这里的冬天往往低至-30℃,苔原植物往往拥有缓慢的生命节奏,用两年甚至更长时间慢慢完成一次发芽、生长、开花的全生命周期。


为了防止结冰,一些苔原植物还会在细胞内储存脂肪、糖分等物质,以降低冰点,从而获得御寒的能力。


(格陵兰Ula峰下的苔原植被,摄影师@Thomas看看世界)


植物以外,北极的动物也演化出了应对寒冷之道。


低温海水能够溶解更多的氧气,再加上夏季连续数月的阳光,大量的浮游藻类在北冰洋繁衍,各种鱼类、磷虾等以其为食,吸引着多种捕食者的到来。


虎鲸、独角鲸、北极露脊鲸等17种鲸类每年都会来到北极,它们拥有极厚的皮肤和脂肪层,一些种类的脂肪层甚至厚达半米,成为绝佳的御寒“装备”。海象、海豹等鳍脚类哺乳动物有着类似鲸类的御寒策略,皮肤下同样堆积着大量脂肪,让它们看起来憨态可掬。


(一只躺在北极海冰上的髯海豹,摄影师@徐征泽)


但别看它们在陆地上运动缓慢,厚厚的脂肪也带来了流线型的外观非常有利于水下活动,让它们成为极地最灵活的胖子。


而在北极的陆地上,驯鹿、麝牛等植食性动物多拥有强有力的蹄,能在冬季雪满大地时挖掘出深藏积雪之下的苔原植物。北极狐等肉食性动物,则在不同季节改变毛发的颜色。冬季一身雪白,夏季换上岩土一般的褐色,与环境融为一体,帮助它们隐匿暗处、伺机捕食。


(斯瓦尔巴群岛上的一只北极狐,摄影师@徐征泽)


而拥有2~3米的硕大体型以及全身乳白色毛发的北极熊,是北极地区当之无愧的明星。


作为世界上现存最大的陆生肉食动物,它拥有350~700公斤的巨大体重,能以每小时40千米的速度在冰上飞奔,和每小时10千米的速度在水中游泳,是北极的运动健将。而有力的前掌,巨大而锋利的犬齿,以及长时间蹲守的耐心,更使北极熊成为地球最北部的顶级陆生掠食者。就连海豹、海象、甚至鲸类等大型动物也在它们的食谱里。


丰富的生物令北极地区充满活力,到了1万多年以前,不断迁徙的现代人类终于踏足这片极北之地。他们在此生存、捕猎,不断适应着北极的极端环境。


(驯鹿在北极的人类社会中具有重要的意义,摄影师@LuDi__)


人们因地制宜,以捕猎海豹、鲸类等动物为生,猎物体内含量颇丰的脂肪为他们抵御严寒提供了食物保障,食用生肉也使得他们在缺乏果蔬的条件下能够获得足量的维生素C,不至于患上败血病。


而人类的智慧也让他们逐渐学会了以冰雪为房屋、以兽皮为服饰,饲养雪橇犬和驯鹿既作为跨越物种的朋友,也作为出行的交通工具。


(萨米人村庄与驯鹿,摄影师@吴邺霖)


凭借着独特的生活方式,人类在北极扩散开来。在格陵兰岛、北欧、西伯利亚等地形成了因纽特、萨米、雅库特等独特的北极土著文化,并一直延续至今。


但在北极之外,人类生活的世界正在快速改变。特别是近代以来,工业活动排放的巨量温室气体,引发了快速而剧烈的全球变暖,北极的极寒正在被逆转,一场颠覆性的改变已经悄然开始。


这个北极不太冷


由于人类活动的影响,全球平均温度从1900年至今,急剧增加了约1℃,放眼最近一千年的历史,堪称直线上升。


而由于极地放大效应的存在,北极的升温幅度约是全球平均升温的两倍,达到惊人的2℃左右,几乎是地球的“热得快”。


(北极地区升温异常示意,通过比较北极地区与全球的温度异常分布和平均升温曲线,可见北极地区的升温幅度明显高于全球平均水平,制图@郑艺/星球研究所)


北极正在融化,格陵兰岛的冰盖不断消融,冰冷的淡水快速流进北大西洋。使影响全球海陆热量分配的温盐环流变得不再稳定,给全球气候带来更多变数。


(格陵兰冰盖上由融水汇成的冰上河,这是冰盖正在消融的迹象,图片来源@NASA)


北冰洋的海冰快速消融,面积逐渐缩减,在未来的某一个夏天,地球的白色穹顶或将不复存在。


(北冰洋夏季海冰延伸范围变化,制图@张威&王申雯/星球研究所)


对人类而言,一个快速消融的北极,首先蕴含着巨大的机遇。


由于化石燃料仍是全球主要能源,在丰厚利益的驱使下,全球的石油工业正瞄准北极丰富的油气。蕴藏在西伯利亚、阿拉斯加、加拿大北部,甚至北冰洋大陆架深处的油气资源会变得更容易开发。


依托煤矿、金属矿产开发而营建的那些城镇,如俄罗斯的摩尔曼斯克,或挪威的朗伊尔城,也将随着气候的转暖迎来更大的发展。


(请横屏观看,挪威朗伊尔城,其以北纬78°13′的位置被称为地球最北的城镇,摄影师@苏铁)


海冰大量消融后,经由北冰洋的北极航道或将打开,大幅节省跨洲航行的时间,给人们创造出更多的财富。


(北极航道线路示意,制图@陈志浩&王申雯/星球研究所)


但另一方面,快速消融的北极,也蕴含着巨大的威胁。


越来越多的资源开发活动,将威胁北极地区脆弱的生态环境。北极独特的生物多样性无疑将受到巨大的冲击。消融中的冻土,则令北极内外的基建设施在烂泥里变得”摇摇欲坠”。


此外,全球冻土中还蕴藏着超过1.6万亿吨的碳,超过大气中碳含量的2倍,其中绝大部分都分布在北极周围,被科学家称为“冻土碳弹“。若这些碳均以甲烷的形式进入大气,可能会引起气温的显著上升,给人类社会带来灾难性的后果。


北极地区的升温还会破坏北极涡旋和极锋急流的稳定性,使冷空气更容易趁势南下,暖空气更容易北抬,生活在北半球的人们也将会在全球变暖的背景下,经历更极端的寒潮和酷暑。


(不同情况下北极涡旋和极锋急流示意,制图@王申雯/星球研究所)


几乎可以肯定的是,在未来很长的时间里北极还会继续改变,但这就是北极,一片充满变化的寒冰与热土。


它经历了从无冰到有冰的变化。在最近的200多万年间,和南极一道为我们呈现了两极皆覆盖冰雪的现代世界,使人类有机会亲眼目睹地球46亿年的时光中极其罕见的“冰室地球”。


它经历了地球自身的冷暖节律,在最近的10多万年里和南极一起用冰雪改变地球的面貌,塑造出一个被人类熟知的世界。


如今,人类活动造成的全球快速变暖,也在让北极向着更加温暖的未来一路狂奔下去。


(格陵兰乌马纳克镇和海上冰山,摄影师@Thomas看看世界)


北极的未来会怎样?


或者数亿年后,地球将重新走出“冰室”,两极再无冰雪;或者数万年后,地球轨道将再度变化,冰期再度降临,北极重新进入极盛期。


(北极冰崖下的北极熊,摄影师@徐征泽)


而在人类可以感知的近未来,北极的命运却掌握在我们每一个人的手中。虽然我们都只是渺小的个体,但无数渺小个体的抉择,也能汇成巨大的时代洪流。


(北极光照耀下的挪威特罗姆瑟市,摄影师@陈灿铭)


北极的未来,将由你我继续书写,而聪明的人类,又将做出怎样的抉择呢?


参考文献

[1]汪品先等. 地球系统与演变[M]. 科学出版社, 2018.

[2]秦大河. 冰冻圈科学概论(修订版)[M]. 科学出版社, 2018.

[3]刘南威. 自然地理学(第三版)[M]. 科学出版社, 2014.

[4]马丹炜. 植物地理学(第二版)[M]. 科学出版社, 2012.

[5]姜世中. 气象学与气候学[M]. 科学出版社, 2010.

[6]Alan P. Trujillo, Harold V. Thurman. 海洋学导论[M]. 电子工业出版社, 2017.

[7]大卫·伯尼. 动物大百科[M]. 南方日报出版社, 2019.

[8]Ruddiman, William F. Earth's Climate: past and future (Third Edition)[M]. Macmillan, 2014.

[9]李学杰, 万玲, 万荣胜,等. 北冰洋地质构造及其演化[J]. 极地研究, 2010(3):271-285.

[10]Newton, A. Arctic ice across the ages. Nature Geosci 3, 304 (2010).

[11]Brouillette, Monique. "How microbes in permafrost could trigger a massive carbon bomb." Nature 591.7850 (2021): 360-362.

[12]In't Zandt, Michiel H., Susanne Liebner, and Cornelia U. Welte. "Roles of thermokarst lakes in a warming world." Trends in Microbiology 28.9 (2020): 769-779.

[13]Batchelor, Christine L., et al. "The configuration of Northern Hemisphere ice sheets through the Quaternary." Nature communications 10.1 (2019): 1-10.

[14]Bird, Kenneth J., et al. Circum-Arctic resource appraisal: Estimates of undiscovered oil and gas north of the Arctic Circle. No. 2008-3049. US Geological Survey, 2008.


本文来自微信公众号:星球研究所,作者:丁昊、云舞空城,编辑:云舞空城、所长,图片:周昫光,设计:王申雯,地图:张威、陈志浩、郑艺,审校:云舞空城,地图审校:陈景逸,头图来自:视觉中国

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