最后的冰区:多年期北极海冰可能在何处做最后的坚守

Sea ice in Jökulsárlón, Iceland.
With warming climate, summer sea ice in the Arctic has been shrinking fast, and now consistently spans less than half the area it did in the early 1980s.Image: Unsplash/Nuno Antunes
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  • 2009年,科学家们提出了他们所称的“最后冰区”这一概念,即夏季海冰可能进行最后坚守的区域。

  • 从历史上看,最终进入“最后冰区”的大部分海冰,都是通过跨极漂流从西伯利亚大陆架一带输送而来的。

  • 研究人员还在深入认识气候变化将如何影响“最后冰区”,以及在低排放和高排放情景下,这一影响可能如何变化。

随着气候变暖,北极夏季海冰正快速萎缩,如今持续保持的面积不足20世纪80年代初的一半。这引出了一个问题:如果这种趋势持续下去,未来是否还会有全年存在的海冰——以及依赖它生存的生物——能够在某处留存下来?

一项新研究回应了这一问题,其结论令人担忧。该研究聚焦于格陵兰岛以北以及加拿大群岛沿岸的一片100万平方公里区域,这里的全年海冰历来最厚,因而可能最具韧性。研究指出,无论在乐观还是悲观情景下,到2050年,该区域的夏季海冰都将急剧变薄。在乐观情景下,如果届时碳排放得到有效控制,部分夏季海冰或可无限期留存。然而,在悲观情景下,即排放量继续沿当前路径增长,夏季海冰到2100年将消失,海豹和北极熊等生物也将随之消失。该研究 发表于《地球的未来》(Earth’s Future)期刊。

“不幸的是,我们正在进行一场大规模实验,”研究合著者、哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站高级研究科学家 罗伯特·纽顿(Robert Newton) 表示,拉蒙特-多尔蒂地球观测站。“如果全年海冰消失,所有依赖海冰的生态系统都将崩溃,同时将开启一个全新的局面。”

最后冰区中以紫色交叉阴影标示的部分,即加拿大的图瓦尤伊图克海洋保护区。Image: 改编自Newton等人,《地球的未来》,2021年

几十年来,科学家们一直在探究北极海冰的命运。大约在2009年前后,包括纽顿的合著者斯蒂芬妮·普菲尔曼(Stephanie Pfirman)和L. 布鲁诺·特伦布莱(L. Bruno Tremblay)在内的研究人员,首次就他们所称的“最后冰区”这一概念达成共识——即夏季海冰可能进行最后坚守的区域。

冬季时,北冰洋表层的大部分海域会结冰,即便气候持续变暖,在可预见的未来很可能仍将如此。海冰每年冬季可增厚至约1米,若能经历一个或多个夏季留存下来,则可厚达数米。夏季时通常会有部分融化,并出现零星的开阔水域。这有助于风和洋流将浮冰输送至各种环流中,其中包括总体环流跨极漂流,它将海冰从西伯利亚近海沿顺时针方向输送至格陵兰岛和加拿大。每年都有部分海冰经格陵兰岛与挪威之间的海峡被排入北大西洋。但其中大部分海冰会被推向北极最北端的海岸,即沿格陵兰岛和加拿大群岛的海岸。在这里,反复涌入的冰体会堆积成层,形成高达10米的压力脊。其中大部分海冰将留存10年或更久,之后才会最终断裂并向外漂移。

这里形成了丰富的海洋生态系统。在多年期海冰的边缘和底部,光合作用的硅藻会大量繁殖,并随时间推移形成厚厚的覆层。这些硅藻养育着生活在海冰内部及附近的微小动物,而微小动物又养育鱼类,鱼类养育海豹,海豹再养育北极熊。除此之外,厚实而起伏不平的地形为海豹提供了充足的隐蔽巢穴,也为北极熊提供了可供越冬并养育幼崽的冰洞。它还能为生物提供安全的避风港,使其免受人类的干扰——即便借助破冰船,人类也几乎无法在此航行。

加拿大北极群岛以北的海冰。这张照片摄于最后冰区预估范围之外的一艘破冰船上,该区域几乎无法通过船只航行。Image: 罗伯特·纽顿/拉蒙特-多尔蒂地球观测站

从历史上看,最终进入“最后冰区”的大部分海冰,都是通过跨极漂流从西伯利亚大陆架一带输送而来的。来自西伯利亚的海冰还会与北冰洋中部形成的海冰相互混合,后者也可能漂入“最后冰区”。但如今海洋正形成越来越薄的海冰,这些海冰在夏季日益增多的开阔水域中融化得更快。研究人员表示,随着这一趋势持续发展,未来几十年“最后冰区”将因此被“饿死”。仍将有部分海冰从北极中部漂入,也会有部分海冰在本地形成,但两者都不足以维持当前的状况。

到本世纪中叶,在研究人员设定的低排放情景下,即便来自北极中部的海冰也将逐渐减少,厚实的多年期海冰将成为历史;而本地形成的夏季海冰仍会留存于“最后冰区”,但厚度仅有1米。好消息是:至少部分海豹、北极熊及其他生物可能得以存活,正如它们目前在阿拉斯加西部和哈德逊湾部分地区类似的夏季条件下所做的那样。坏消息是:在高排放情景下,到2100年,即便是本地形成的海冰也将在夏季消失殆尽。届时,任何地方都将不再有夏季海冰,依赖海冰的生态系统也将不复存在。

“最后冰区”边缘的一小片开阔水域;背景中为美国破冰船Image: 罗伯特·纽顿/拉蒙特-多尔蒂地球观测站

“这并不意味着这里将变成一片荒芜、没有生命的环境,”纽顿表示,“新的事物将会出现,但新的生物可能需要一些时间才能迁入。”鱼类、硅藻或其他生物群可能会从北大西洋迁入,但尚不清楚它们能否在此全年生存;气候或许正在变暖,但地球围绕太阳的自转不会改变,而任何新迁入的生物,包括光合生物,都必须应对漫长、无阳光的北极冬季。

研究人员对未来抱有乐观态度。纽顿表示,如果世界能够在21世纪在遏制大气碳含量方面取得足够进展,该区域或许能够坚持足够长的时间,待气温开始回落,“最后冰区”或许就会重新开始再生。一个令人鼓舞的迹象是:2019年,加拿大在努纳武特地区的因纽特人领地上设立了面积达32万平方公里的图瓦尤伊图克海洋保护区,覆盖了“最后冰区”中间三分之一的区域。在加拿大考虑永久性保护的同时,该保护区将在五年内禁止采矿、运输及其他开发活动。该区域的其余部分位于加拿大鼓励采矿的西北地区境内,而该地区迄今仍拒绝宣布设立保护区;其余部分还位于格陵兰岛近海,而格陵兰方面至今态度仍不明确。

无论如何,研究人员表示,若要保护“最后冰区”,就需要在整个北极地区设立更多的海洋保护区。这是因为北冰洋及其沿岸蕴藏着价值数十亿美元的石油储量,以及镍和铜等矿产资源。随着夏季水域逐渐开阔,人们将面临越来越大的挖掘、钻探及开辟运输通道的压力,这很可能会将污染输送至“最后冰区”,而输出的将是污染而非海冰。俄罗斯石油公司俄罗斯石油公司(Rosneft)已在部分区域获得租约,而这些区域历来都曾为“最后冰区”输送海冰。

“已有研究发现,溢油以及工业或农业污染物是潜在危害,”研究人员在文中写道。

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