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科学家重建冰盖和海平面变化模型 旨在解开“丢失的冰”谜团

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  来源:cnBeta.COM

  在冰河时期,全球平均海平面下降,因为大量海水以巨大的大陆冰川的形式储存起来。到目前为止,最后一个冰河时期的数学模型无法协调海平面的高度和冰川群的厚度:所谓的“丢失的冰”问题。通过考虑到地壳、引力和固体地球的旋转扰动的新计算,一个国际气候研究小组成功地解决了这一差异。 来自荷兰皇家海洋研究所(NIOZ)的Paolo Stocchi博士参与了这项研究。

  

  这项研究现已发表在《自然-通讯》杂志上,可大大推进对过去气候的研究,并有助于对未来海平面做出更好的预测。

  Paolo Stocchi:"我们新的重建彻底改变了我们对最后一个冰河时期期间全球大陆冰块质量的看法。最后一个冰河时期冰川的总质量比之前认为的小了20%,而且积累速度更快。"

  不断增长和融化的冰川

  随着冰期和暖期的交替,格陵兰岛、北美洲和欧洲的冰川在数万年的时间里不断地生长和缩小。以冰的形式储存的水越多,海洋中的水就越少,也就是海平面越低。气候研究人员想知道在未来几百年人为气候变化的过程中,冰川可能会融化多少,海平面会因此上升多少。为了做到这一点,他们要研究过去的情况。如果能成功地了解最后一个冰河时期和温暖期冰川的生长和融化情况,那么就可以得出未来的结论。

  "丢失的冰的问题"

  但这种对过去的探究是困难的,因为冰川的厚度和海平面的高度已经无法直接在事后测量。因此,气候研究人员必须费尽心思地收集线索,用来重建过去。然而,根据收集到的线索不同,结果也不同,似乎相互矛盾。之前的模型和计算导致了所谓的 "丢失的冰 "之谜。

  来自海洋地区的地质证据表明,在2万年前的最后一个冰河时期,海平面可能比现在低120-140米。不过这些数据的不确定性相当大。为了解释这些低海平面的原因,必须在全球范围内冻结多达目前格陵兰冰原质量的两倍。然而,根据气候模型,这些冰川质量不可能在当时有那么大。而且,在高纬度地区也没有地质学证据证明有这么大的冰块。

  

  8万年冰层和海平面变化准确重建

  现在,由Evan Gowan博士领导的一个国际科学家小组用一种新方法解决了这个问题。 其中包括荷兰皇家海洋研究所的地球物理学家Paolo Stocchi博士。Paolo Stocchi博士说:“我们已经找到了一种方法来准确重建过去8万年的冰原和海平面变化。”他通过将地壳、引力和固体地球的旋转扰动纳入其中,为创建新颖的全球冰原模型做出了贡献。

  他们的新模型通过纳入海面和地壳的相对运动,解释了过去局部海平面比现在低的原因。这样一来,过去比今天低得多的局部海平面就可以被模拟出来,而不需要一个不切实际的巨大的全球冰块。

  通过观察地球的地幔来了解冰川的行为

  通过新的方法,科学家们最终调和了海平面和冰川质量。根据他们的计算,当时的海平面应该比现在低116米左右。在冰川质量方面没有任何差异。

  与之前的全球模型不同,研究团队更仔细地考察了原冰川区附近和下方的地质条件,而不是远方的海洋区域。山坡有多陡峭?冰川到达海洋的位置在哪里?摩擦力是否干扰了冰流速度?以及干扰程度如何?新模型包含了所有这些局部因素。它还考虑了冰和水负载引起的地壳变形。后者很重要,因为它们会改变陆地的地形,从而影响冰流,最终影响冰川的体积。

  “地壳变形受固体地球物理参数(如粘度)的调节。” Paolo Stocchi说。事实上,地球的地幔在地质时间尺度上表现得像一种高粘性的流体,在波动的冰块的重量下会发生变形。“通过假设地球地幔的不同粘度,我们模拟了陆地地形的不同演变,然后导致冰块的不同情况。” 现在,这些可以与海洋地区的海洋地质证据相协调,而不需要额外的质量。

  既定的同位素模型需要修改

  Evan Gowan及其团队的技术文章对多年来一直是科学标准的冰川质量估算方法进行了批判性的研究:测量氧同位素的方法。同位素是同一元素的原子,它们的中子数不同,因此重量也不同。例如,氧气有较轻的氧16同位素和较重的氧18同位素。理论上说,轻的氧16从海中蒸发,重的氧18留在水中。相应地,在冰河时期,大陆大冰川形成,海中水量减少,海洋中的氧18浓度一定会增加。但事实证明,这种既定的方法在调和2万年前和之前的海平面和冰川质量时,会产生差异。

  “同位素模型多年来一直被广泛用于确定冰川中的冰量,直至我们这个时代之前的数百万年。我们的工作现在提出了对这种方法可靠性的怀疑,”Paolo Stocchi说。他现在的目标是利用新的模型来量化当前北海和瓦登海的地壳变形率,从而揭示当前气候变化对区域相对海平面变化的实际贡献。

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