自然资源部第一海洋研究所发现北极海冰融化新机制

近日，自然资源部第一海洋研究所科学家在北极中全新世海冰融化机制研究中取得新认识。相关研究成果以“Enhanced Arctic sea ice melting controlled by larger heat discharge of mid-Holocene rivers”为题发表在Nature Communications。 众所周知，北极海冰对全球气候变化存在异常敏感的响应，同时又通过“极地放大效应”对全球气候产生重要反馈。但受限于海冰直接观测资料时间较短，尚难于从器测资料分析中揭示北极地区海冰的演化过程和作用机理，因而需要从地质历史时间尺度上对北极海冰演化开展研究。目前，全新世北极地区海冰演化机制尚不明确，已有研究认为北极地区海冰快速消融主要受控于极区外的热量输入和局地“海-气-冰”系统的正反馈作用，但忽略了泛北极地区的“陆源”效应，特别是河流热能注入北冰洋对北极海冰快速消融的潜在作用。 北极东西伯利亚陆架是世界上最宽广的陆架，同时也是北极地区海冰最重要的源区之一，被称为北冰洋的“冰工厂”。近百年来，北极东西伯利亚陆架是北冰洋季节性海冰损失最显著的区域，同时伴随俄罗斯境内泛北极地区地表径流的强烈震荡，使其成为评估泛北极河流热能入海对海冰变化影响的理想和关键区域。基于以上认识，自然资源部第一海洋研究所石学法团队与中国地质大学（武汉）宫勋团队、俄罗斯科学院远东分院太平洋海洋研究所阿斯塔霍夫（Astakhov） 团队以及中国海洋大学、德国AWI极地与海洋研究所的科学家合作，在对东西伯利亚陆架调查研究基础上，选择典型沉积岩心，依据放射性碳和石英释光测年技术建立起年代地层框架，分析了其沉积环境，通过冰筏碎屑和沉积速率等指标，结合已有的古气候指标和现代观测数据，重建了全新世东西伯利亚海海冰和俄罗斯泛北极地区河流热能排放的演化历史，着重探讨了中全新世以来（过去7500年）泛北极地区河流热能输入对北极地区海冰震荡的影响机制。 研究结果表明，与全新世晚期相比，全新世中期北极地区海冰显著减少，河流入海热通量明显增加。在全新世中期，夏季相对较高的太阳辐射强度导致了泛北极地区的温度明显升高，促使西伯利亚地区陆地冰雪和多年冻土融化加剧。伴随着区域内降水增加，导致俄罗斯境内泛北极地区地表径流入海总水量的显著增加。同时，由于夏季相对较高的太阳辐射，冻土的加速融化显示该地区地表及地表径流温度升高。因此，在地表径流入海总水量和水体温度的共同作用下，发生了全新世中期俄罗斯境内泛北极地区河流入海热通量的增加，进而加速了同时期北极海冰的消退。而且，早夏时节强烈的热能排放可以直接融化陆架海冰，降低海冰对太阳辐射的反射率，从而增强其对太阳辐射的吸收速率，对北极海冰消融产生重要正反馈作用。本研究通过“以古论今”视角，指出在现代及未来全球变暖背景下，泛北极地区径流入海热通量将对北极海冰的快速消融起到重要驱动作用。 该论文共同第一作者为自然资源部第一海洋研究所董江博士、石学法研究员和中国地质大学（武汉）宫勋教授，通讯作者为石学法研究员和宫勋教授。本研究获得了国家自然科学基金、山东省重大科技创新工程专项、山东省泰山学者攀登计划等项目资助。 图1 北极地区海流及北极东西伯利亚岩心站位图（ESAS为北极东西伯利亚陆架） 图2 俄罗斯泛北极河流热排放对北极海冰消融的影响机制 论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-33106-1. 本文来源：自然资源部第一海洋研究所近日，自然资源部第一海洋研究所科学家在北极中全新世海冰融化机制研究中取得新认识。相关研究成果以“Enhanced Arctic sea ice melting controlled by larger heat discharge of mid-Holocene rivers”为题发表在Nature Communications。众所周知，北极海冰对全球气候变化存在异常敏感的响应，同时又通过“极地放大效应”对全球气候产生重要反馈。但受限于海冰直接观测资料时间较短，尚难于从器测资料分析中揭示北极地区海冰的演化过程和作用机理，因而需要从地质历史时间尺度上对北极海冰演化开展研究。目前，全新世北极地区海冰演化机制尚不明确，已有研究认为北极地区海冰快速消融主要受控于极区外的热量输入和局地“海-气-冰”系统的正反馈作用，但忽略了泛北极地区的“陆源”效应，特别是河流热能注入北冰洋对北极海冰快速消融的潜在作用。北极东西伯利亚陆架是世界上最宽广的陆架，同时也是北极地区海冰最重要的源区之一，被称为北冰洋的“冰工厂”。近百年来，北极东西伯利亚陆架是北冰洋季节性海冰损失最显著的区域，同时伴随俄罗斯境内泛北极地区地表径流的强烈震荡，使其成为评估泛北极河流热能入海对海冰变化影响的理想和关键区域。基于以上认识，自然资源部第一海洋研究所石学法团队与中国地质大学（武汉）宫勋团队、俄罗斯科学院远东分院太平洋海洋研究所阿斯塔霍夫（Astakhov） 团队以及中国海洋大学、德国AWI极地与海洋研究所的科学家合作，在对东西伯利亚陆架调查研究基础上，选择典型沉积岩心，依据放射性碳和石英释光测年技术建立起年代地层框架，分析了其沉积环境，通过冰筏碎屑和沉积速率等指标，结合已有的古气候指标和现代观测数据，重建了全新世东西伯利亚海海冰和俄罗斯泛北极地区河流热能排放的演化历史，着重探讨了中全新世以来（过去7500年）泛北极地区河流热能输入对北极地区海冰震荡的影响机制。研究结果表明，与全新世晚期相比，全新世中期北极地区海冰显著减少，河流入海热通量明显增加。在全新世中期，夏季相对较高的太阳辐射强度导致了泛北极地区的温度明显升高，促使西伯利亚地区陆地冰雪和多年冻土融化加剧。伴随着区域内降水增加，导致俄罗斯境内泛北极地区地表径流入海总水量的显著增加。同时，由于夏季相对较高的太阳辐射，冻土的加速融化显示该地区地表及地表径流温度升高。因此，在地表径流入海总水量和水体温度的共同作用下，发生了全新世中期俄罗斯境内泛北极地区河流入海热通量的增加，进而加速了同时期北极海冰的消退。而且，早夏时节强烈的热能排放可以直接融化陆架海冰，降低海冰对太阳辐射的反射率，从而增强其对太阳辐射的吸收速率，对北极海冰消融产生重要正反馈作用。本研究通过“以古论今”视角，指出在现代及未来全球变暖背景下，泛北极地区径流入海热通量将对北极海冰的快速消融起到重要驱动作用。该论文共同第一作者为自然资源部第一海洋研究所董江博士、石学法研究员和中国地质大学（武汉）宫勋教授，通讯作者为石学法研究员和宫勋教授。本研究获得了国家自然科学基金、山东省重大科技创新工程专项、山东省泰山学者攀登计划等项目资助。图1 北极地区海流及北极东西伯利亚岩心站位图（ESAS为北极东西伯利亚陆架）图2 俄罗斯泛北极河流热排放对北极海冰消融的影响机制本文来源：自然资源部第一海洋研究所