“南极冰盖何时会激增”……300万年模拟锁定临界点[读懂科学]

基础科学研究院（IBS）研究团队通过再现过去300万年地球气候的超长期模拟，发现南极冰盖在大气二氧化碳（CO₂）浓度低于某一特定阈值时会突然急剧增长，出现“临界反应”。研究团队预计，这一结果将成为提高未来海平面上升预测精度的重要线索。

Axel Timmermann 领导的 IBS 气候物理研究团（釜山大学石学教授）研究团队于28日表示，他们确认，大约在100万年前前后的中更新世转型期（MPT），南极冰盖开始对二氧化碳变化表现出更加敏感的响应。

过去300万年间南极冰盖变化与大气中二氧化碳（CO₂）浓度之间的关系。右上方图表展示了通过气候模拟再现的南极冰盖体积变化。右下方图表显示了CO₂浓度与南极冰盖体积之间的非线性关系，表明在约100万年前之后（蓝色部分），当CO₂浓度降到某一特定水平以下时，冰盖会急剧扩张，出现临界响应。左侧地图对比了高CO₂状态、过渡状态和低CO₂状态下南极冰盖高度的变化。研究团队供图

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研究团队特别揭示，当大气中二氧化碳浓度下降到约236ppm以下时，会出现南极冰盖急剧扩张的非线性临界反应。目前大气二氧化碳浓度约为420ppm，远高于工业化之前（约285ppm）的水平。

中更新世转型期是指大约100万年前开始，冰期周期变得更长、更强的时期。然而，由于缺乏足够长时间尺度的气候数据，当时南极冰盖以何种方式发生变化一直未能得到清晰揭示.

研究团队将美国国家大气研究中心（NCAR）的地球系统模型（CESM）与美国宾夕法尼亚州立大学的冰盖—冰架模型（PSUIM）相结合，模拟了过去300万年间南极冰盖如何生长与崩塌的过程。

分析结果显示，在早期更新世时期，南极冰盖主要随着漂浮在海面上的冰架扩张与收缩而变化。然而，大约在100万年前之后，由于二氧化碳减少导致海洋变冷与海平面下降同时出现，冰盖结构本身开始发生改变。

气候变化和海平面变化下南极罗斯海冰架响应的示意图。左图表示气候变冷导致的冰架变化，中图表示海平面下降导致的变化，右图表示两种因素同时作用时的结果。图中显示，当海平面下降与海洋变冷同时发生时，冰架更容易在海底搁浅固定，从而使南极冰盖更加稳定地增长。研究团队供图

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尤其是，部分原本漂浮的冰架触及海底并被锚定，抑制了冰川向海洋流出的速度，使南极冰盖转变为比以往更加稳定且快速增长的状态。

研究团队在这一过程中确认，当二氧化碳浓度下降到约236ppm以下时，南极冰盖会突然迅速扩张，出现临界反应。

研究还发现，不仅仅是简单的气温变化，海平面下降与地基抬升等因素共同作用，也会进一步加速冰盖的增长。

研究团队表示，本次研究表明，气候系统并非只是缓慢地逐步变化，而是在跨越某些特定临界点时可能发生剧烈转变。

左为IBS气候物理研究团团长Axel Timmermann，右为IBS气候物理研究团研究委员兼第一作者Yoon Kyungsuk。IBS供图

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第一作者 Yoon Kyungsuk 称：“大约从100万年前开始，南极冰盖对二氧化碳和气温变化的反应变得更加敏感，这表明一旦气候系统跨越某个临界点，就可能引发突然且幅度巨大的变化。”

团长 Axel Timmermann 表示：“本研究显示，南极冰盖对二氧化碳浓度变化的敏感程度比以往认为的要高，有望为更准确预测未来海平面上升作出贡献。”

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该研究结果已于28日发表在国际学术期刊《Nature Geoscience》上。

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