北半球冰盖扩张可能促使南极周边海洋吸收更多二氧化碳

科学家提出了一种解释地球过去冰期如何形成的新机制：北半球冰盖扩张引发的海洋降温，可能通过全球海洋环流传递到南半球，改变南极周边海洋的环流与海冰状况，进而使更多二氧化碳被储存在深海之中，推动全球气候进一步降温。这项研究为长期以来难以解释的南北半球气候联系提供了新的线索。

这项研究由英国圣安德鲁斯大学研究人员主导，成果于2026年10月22日发表于《Journal of Climate》期刊。研究重点关注一个长期存在的科学问题：科学家已经知道，南大洋在调节大气二氧化碳浓度方面发挥着重要作用，但北半球形成的巨大冰盖，究竟如何影响数千公里之外的南极周边海洋，却一直缺少清晰的物理解释。

地球在漫长历史中经历过多次冰期。在这些时期，全球气温下降，北半球大片陆地被冰盖覆盖。地球轨道变化会改变不同纬度接收到的太阳辐射，为冰盖形成和扩张创造条件；与此同时，大气二氧化碳浓度、海洋环流以及冰雪反射太阳光的能力，也会影响冰期的发展与持续时间。科学家认为，这些因素并非独立运作，而是可能通过一系列反馈机制相互影响。

研究团队提出的机制始于北半球高纬度地区。当轨道变化使这些地区的夏季降温，冰盖便可能逐步形成并扩大。大面积冰盖会冷却附近的北大西洋海水，改变海水的温度结构和密度分布。随着海水参与全球海洋环流系统，这种降温信号可能逐渐向南传播，最终影响南极周边的南大洋。

南大洋是地球碳循环的重要组成部分。海洋能够吸收大气中的二氧化碳，并通过海水下沉、深层水体循环以及其他物理和生物过程，将部分碳储存在深海。若南大洋的环流和海冰状况发生变化，海洋与大气之间的碳交换也可能随之改变，使更多二氧化碳留在海洋中，而不是重新释放到大气。

大气二氧化碳是一种重要的温室气体，其浓度降低会削弱大气保留热量的能力。因此，如果北半球冰盖扩张能够通过海洋环流促使南大洋储存更多碳，就可能形成一种逐步增强的降温反馈：北方降温推动冰盖扩张，冰盖影响海洋环流，南大洋进一步吸收并储存二氧化碳，而大气温室效应减弱又有利于全球继续降温。

为了检验这一假设，研究人员开展了海洋气候模型模拟。他们并没有直接冷却整个地球，而是只降低了海洋最北部地区的温度，以模拟大型冰盖扩张对周边海水的影响。随后，研究团队观察这种局部降温能否通过海洋环流传递到南半球，并引起有利于海洋储碳的变化。

模拟结果显示，仅冷却北半球高纬度海域，就能够产生显著的全球响应。与研究人员同时冷却整个地球的模拟情景相比，仅冷却北部海域所产生的大气二氧化碳减少幅度，达到了后者的74%。这一结果表明，北半球局部降温可能通过远距离的海洋联系，对全球碳循环产生相当大的影响。

研究第一作者、圣安德鲁斯大学地球与环境科学学院的麦迪逊·尚克尔表示，这项工作为两个此前难以联系起来的气候现象提供了一种可能的解释：北半球冰盖扩张，以及南半球海洋环流变化所引发的大气二氧化碳下降。研究团队通过模型模拟证明，这种联系在物理机制上具有可行性。

不过，74%这一数值来自特定模型实验，并不意味着北半球冰盖在真实历史中的每一次扩张，都必然造成相同比例的二氧化碳下降。模型结果证明的是这一机制可能发挥重要作用，而不是已经精确确定了它在每次冰期形成过程中的实际贡献。真实地球气候系统还受到风场、海冰范围、海水盐度、海洋生物活动和大陆位置等多种因素影响。

这项研究的重要意义，在于将过去相对分开研究的南北半球气候过程联系起来。此前，科学家解释冰期期间大气二氧化碳下降时，往往重点关注南极周边海洋的变化。新研究则提示，南大洋并非独立运行的气候系统，其状态可能受到远在北半球的冰盖与海洋变化影响。

理解这种联系不仅有助于重建地球过去的气候历史，也可能帮助科学家改进气候模型。海洋能够在较长时间尺度上吸收、运输和储存大量碳，其环流变化会影响大气二氧化碳浓度，并进一步改变全球气温。若模型能够更准确地模拟这些过程，就有望更好地解释地球历史上温暖期与冰期之间的转换。

当然，地球过去自然形成的冰期机制，不能直接等同于当今全球变暖的演变路径。现代大气二氧化碳浓度受到人类化石燃料燃烧和土地利用变化的显著影响，当前气候变化的速度与背景条件也不同于许多古气候情景。研究人员仍需进一步确认，这种南北半球海洋联系在不同历史时期的强度，以及它在未来气候变化中可能发挥的作用。

总体而言，这项研究揭示了一种可能推动地球进入冰期的跨半球反馈机制：北半球冰盖扩张造成的海洋降温，可能通过全球环流影响南大洋的储碳能力，进而放大整个地球系统的降温过程。它提醒科学家，地球气候并不是由某个地区单独决定的，而是由大气、海洋、冰盖和碳循环相互连接形成的复杂系统。要理解冰期如何启动，就必须追踪这些变化如何跨越半个地球，逐步传递并相互强化。