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天天熱訊:這個北極不太冷?

時間:2022-06-25 09:49:22    來源:科普中國網(wǎng)    

北極

地球北部


(資料圖)

總面積超過2100萬平方千米的

極寒地帶

(北極地區(qū)范圍示意,所示國家為部分領(lǐng)土位于北極地區(qū)的國家,制圖@張威&王申雯/星球研究所)

184萬平方千米的冰川

覆蓋陸地

(格陵蘭島冰蓋局部,圖片來源@視覺中國)

1100萬平方千米的海冰

凍結(jié)海洋

(漂浮的大片北極海冰,圖片來源@視覺中國)

高空之中

極度寒冷的北極渦旋

隨時準(zhǔn)備南下

用寒潮侵?jǐn)_四方

(因北極與其他地區(qū)的溫度差異等因素,北極及周邊區(qū)域上空長期存在著北極渦旋與極鋒急流,并將極地的冷空氣束縛其中;下圖為北極渦旋與極鋒急流示意,制圖@王申雯/星球研究所)

但是

冰封的極地

卻并非地球的常態(tài)

兩極冰封的“冰室地球”

在地球46億年的歲月里

出現(xiàn)次數(shù)寥寥無幾

可對于人類而言

這個冰封的北極卻非常重要

在一個越來越熱的世界里

遙遠(yuǎn)北極的命運(yùn)

將會影響到我們每一個人

(一只北極熊在冰面上奮身起跳,攝影師@沈輝)

是誰冰封了北極?

又是什么樣的力量

讓它急速消融?

一切要從千萬年前

“凜冬“的降臨說起

01 凜冬降臨

與南極以陸地為主不同

北極以北冰洋為中心

陸地環(huán)繞四周

僅有白令海峽、挪威海等少數(shù)通道

可讓北冰洋與外界相連

(北冰洋范圍示意,不同機(jī)構(gòu)組織對北冰洋范圍的定義存在差異,本文以圖中所示邊緣海作為北冰洋范圍的邊界,制圖@張威/星球研究所)

這也使北冰洋

成為全球最小的大洋

僅有1400多萬平方千米

為太平洋的7.7%

外號“北極地中?!?/p>

廣闊的大陸架伸入北冰洋的海底

除大洋中部由三條海嶺

分隔形成的四片海盆較深外

北冰洋的平均深度僅有1200多米

是全球最淺的大洋

(請橫屏觀看,北冰洋海底地形示意,制圖@張威&王申雯/星球研究所)

如此的海陸格局

歷經(jīng)了數(shù)千萬年的地質(zhì)演變

而在這場演變的早期

地球還十分溫暖

北冰洋表層溫度甚至可以高達(dá)23℃

堪比今天的亞熱帶

但數(shù)千公里外的地質(zhì)運(yùn)動

即將把地球拋入刺骨的寒冷

約8000萬年前起

廣泛而持續(xù)的造山運(yùn)動

從歐洲的阿爾卑斯

經(jīng)伊朗的札格羅斯

到亞洲的喜馬拉雅

制造出規(guī)模巨大的超級造山帶

并持續(xù)至今

(白堊紀(jì)晚期以來全球板塊運(yùn)動示意,制圖@王申雯&鄭藝/星球研究所)

群山逐漸隆升

大量的新鮮巖石暴露地表

逐漸被雨雪風(fēng)霜破壞

與大氣發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)

消耗了大量的二氧化碳

減弱了溫室效應(yīng)

以至于在最近的5500萬年里

地球開始逐漸降溫

約1300萬年前

北冰洋的表層海水逐漸凍結(jié)

形成了大范圍全年存在的海冰

(請橫屏觀看,北冰洋海冰,圖片來源@視覺中國)

隨著地球繼續(xù)降溫

北冰洋很快就被徹底凍結(jié)

北極周邊的陸地

也開始被冰雪覆蓋

約700萬年前

格陵蘭島的積雪

逐漸壓實成冰

形成冰川

(格陵蘭島的冰川,圖片來源@視覺中國)

隨著全球氣溫逐漸降低

冰川自高向低擴(kuò)張

直至從陸地延伸至海面

成為矗立海上的白色絕壁

渾厚壯觀

(請橫屏觀看,斯瓦爾巴群島上延伸至海面的冰川,攝影師@梅元皎)

當(dāng)延伸至海面

冰川在重力、海浪等作用下

斷裂、坍塌、崩解

便形成了漂浮于海上的冰山

(格陵蘭島附近海域的冰山,攝影師@Thomas看看世界)

而陸地上冰川的體積不斷增長

范圍也越來越大

至約275萬年前

北冰洋周邊陸地的大量冰川

已彼此相連成巨大、巨厚的冰體

可以將下方的山谷、山脊悉數(shù)覆蓋

冰蓋誕生了

(請橫屏觀看,俯瞰格陵蘭島的冰蓋,圖片來源@視覺中國)

至此

整個北極以及周邊地區(qū)

變成了地球的白色穹頂

再加上從約3400萬年前

就逐漸被冰蓋覆蓋的南極

地球正式變成兩極冰封的

“冰室地球”

(當(dāng)?shù)厍蚰媳眱蓸O均有大量冰體覆蓋時,即為“冰室地球”,如今我們所處的“冰室地球”時期,在近5億年來的歷史中僅為第3次;請橫屏觀看,圖為斯瓦爾巴群島上的冰川,攝影師@陳建偉)

然而

在地球整體寒冷的基調(diào)下

也有著小幅度的冷暖交替

每隔數(shù)十萬乃至數(shù)萬年

地球的公轉(zhuǎn)姿態(tài)會發(fā)生微小變化

接受的太陽能量隨之波動

氣候也出現(xiàn)冰期和間冰期的變化

在最寒冷的冰期

北極冰蓋范圍極大

可向南延伸到北緯37°

格陵蘭島、北美大陸大部、歐亞大陸北部

幾乎全被覆蓋

再加上南極洲冰蓋和陸地高山冰川的貢獻(xiàn)

全球海平面可下降超過百米

(隨著地球氣候周期性變化,冰蓋的范圍和體量也一直在變化,約兩萬年前的末次冰盛期是距離我們最近的一個極寒時刻,海平面下降了約130米;下圖為末次冰盛期冰蓋范圍,其中海岸線為海平面下降130米后的位置,制圖@王申雯&張威/星球研究所)

但冰期之后的間冰期

全球氣候會重新回暖

約1.2萬年前

距離我們最近的一個冰期結(jié)束

快速的增溫

令廣闊的冰蓋再次后退

人類熟悉的現(xiàn)代北極

開始逐漸成型

02

冰雪行跡

冰向高山和北方退去

在北極外圍的陸地上

留下許許多多的冰川地貌

在北極和周邊的山嶺中

冰川從山麓后退至山頂或消失不見

留下許多棱角分明的刃脊

尖銳鋒利的角峰

還有呈U形的冰川槽谷

(阿拉斯加北極之門國家公園的冰川地貌,圖片來源@視覺中國)

無論是北歐的斯堪的納維亞山脈

還是阿拉斯加的布魯克斯嶺

北極和周圍的山地

因為極其豐富的冰川地貌

盡顯凌厲之態(tài)

(挪威賽尼加島的冰川地貌,它屬于斯堪的納維亞山脈的一部分,攝影師@蘇鐵)

其中

冰川在海岸山地塑造的峽灣

尤為特別

(請橫屏觀看,格陵蘭島的峽灣景觀,攝影師@Thomas看看世界)

在寒冷的冰期

冰川在群山間刨蝕出許多U型槽谷

隨著冰川退卻、海平面上升

海水逐漸淹沒U型槽谷

并向內(nèi)陸不斷延伸

幽深狹長的峽灣便誕生了

(峽灣形成示意,制圖@王申雯/星球研究所)

位于格陵蘭島的

斯科斯比松峽灣

長度達(dá)到350千米

且擁有樹枝般繁多的分叉

構(gòu)成了世界上最大的峽灣體系之一

(格陵蘭斯科斯比松峽灣衛(wèi)星圖,圖片來源@NASA)

而被斯堪的納維亞山脈

縱貫全境的挪威

更是擁有近1200條峽灣

海岸線變得無比曲折

總長度超過2.5萬千米

其中約90%都位于峽灣兩側(cè)

(挪威海岸沿線峽灣分布,制圖@陳志浩/星球研究所)

山區(qū)之外

不斷向北退卻的冰川

則揭開了冰下世界的秘密

在更久遠(yuǎn)的年代里

這些冰川向南發(fā)育、擴(kuò)展時

在地表巖石軟弱之處

刨蝕出許多洼地

如今隨著冰川退卻逐漸暴露出來

被融水填滿后

形成星羅棋布的冰蝕湖

(冰蝕湖形成示意,制圖@王申雯/星球研究所)

1/4國土位于北極圈內(nèi)的芬蘭

擁有近19萬個湖泊

仿佛鑲嵌于大地上的無數(shù)寶石

(芬蘭的心形冰蝕湖,是派加尼湖的附屬小湖,圖片來源@視覺中國)

最大的塞馬湖(Saimaa)

面積達(dá)到4400平方千米

將數(shù)千座島嶼擁入懷抱

(請橫屏觀看,芬蘭最大的湖泊塞馬湖,圖片來源@視覺中國)

古老的冰川

塑造了北極部分地區(qū)的面貌

但北極依舊寒冷

廣泛分布的凍土

還塑造了一些更加奇特的景觀

當(dāng)?shù)叵滤w結(jié)冰膨脹

上部的泥土被順勢頂起

在大地上產(chǎn)生了許多小丘

被稱作凍脹丘

(位于加拿大西北地區(qū)圖克托亞圖克的凍脹丘,攝影師@Kristian Binder)

而對于凍土地區(qū)的地表水體

由于反復(fù)發(fā)生凍結(jié)和消融

地面逐漸塌陷、積水

形成數(shù)不勝數(shù)的熱融湖

(熱融湖形成示意,制圖@王申雯/星球研究所)

從高空俯瞰時

這些熱融湖密集分布、形狀各異

在遼闊的北極大地上

描繪著出人意料的圖案

(西伯利亞亞馬爾半島的密集熱融湖,圖片來源@視覺中國)

經(jīng)過長期的消融與退卻

在如今的北極

冰川已基本退出北極外圍的大陸

只殘存于北冰洋外圍的島嶼上

例如斯瓦爾巴群島的群山之間

蜿蜒著1600多條冰川

這個面積僅有6萬多平方千米的群島

有一半以上的陸地

被冰川覆蓋

(斯瓦爾巴群島上的冰川,圖片來源@視覺中國)

格陵蘭島

則保存著北極僅剩的冰蓋

總面積超過170萬平方千米

覆蓋著格陵蘭島85%的陸地

(格陵蘭冰蓋景象,圖片來源@視覺中國)

冰川從北極的陸地

大幅退卻

而海冰的范圍

也已不及冰盛時期

(北冰洋海冰,圖片來源@視覺中國)

它隨四季冷熱輪轉(zhuǎn)

寒冬后的三月

北冰洋的海冰面積最大

可以延伸至太平洋與大西洋

總面積達(dá)到1540萬平方千米

而盛夏后的九月

便僅剩640萬平方千米

退居北冰洋一隅

(以上數(shù)據(jù)為1981-2010年三月、九月北冰洋海冰延伸范圍的平均值;下圖為北冰洋冬夏海冰延伸范圍示意,制圖@張威/星球研究所)

冰室地球背景下的小升溫

讓北極冰雪退卻

不僅重塑了北極的面貌

也使各類動植物

重新向北極進(jìn)發(fā)

將北極再度變成

生靈的熱土

(北冰洋海的海冰和北極熊,圖片來源@視覺中國)

03 生靈熱土

北極圈附近的陸地

是北極相對溫暖的地方

雖然年平均氣溫往往不到5℃

但由松樹、云杉、冷杉等針葉樹組成的森林

仍能在這里成片地生長

這便是北方針葉林

又稱泰加林

(請橫屏觀看,西伯利亞的北方針葉林,圖片來源@視覺中國)

其范圍

從北緯50度延伸至北緯70度

覆蓋歐亞、北美大陸北部的大部分區(qū)域

以約11.5%的地球陸地面積

成為世界上最大的生物區(qū)系

也是世界上最北的森林

(北方針葉林范圍示意,制圖@張威&王申雯/星球研究所)

每當(dāng)寒冬降臨

這些針葉樹便會停止生長

進(jìn)入冬眠狀態(tài)

細(xì)胞壁與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)還會發(fā)生輕度分離

即使細(xì)胞之間結(jié)冰

細(xì)胞內(nèi)也不易形成冰晶

從而避免受到損害

而當(dāng)夏季來臨

它們在較低的溫度下便被“喚醒”

以便充分利用短暫的夏季生長

(位于西伯利亞南部西薩彥嶺的北方針葉林景觀,圖片來源@視覺中國)

憑借這樣的本領(lǐng)

它們在北極密布成林

蔓延千里

成為冰天雪地中的

森林王者

(請橫屏觀看,烏拉爾山冬季的北方針葉林,圖片來源@視覺中國)

而在緯度更高、更加寒冷的地方

北方針葉林也無法生長

另一種植物群落

開始展現(xiàn)它們的本領(lǐng)

這是由苔蘚、地衣、草本植物

以及一些矮小的灌木等組成的

苔原

(格陵蘭冰蓋附近的苔原植被,圖片來源@視覺中國)

這些看似纖弱的植物

在地球最北的土地上

呈現(xiàn)出勃勃生機(jī)

其分布面積超過1100萬平方千米

(北半球苔原范圍示意,制圖@張威&王申雯/星球研究所)

這里的冬天往往低至-30℃

苔原植物往往擁有緩慢的生命節(jié)奏

用兩年甚至更長時間

慢慢完成一次

發(fā)芽、生長、開花的全生命周期

為了防止結(jié)冰

一些苔原植物還會在細(xì)胞內(nèi)

儲存脂肪、糖分等物質(zhì)

以降低冰點

從而獲得御寒的能力

(格陵蘭Ula峰下的苔原植被,攝影師@Thomas看看世界)

植物以外

北極的動物

也演化出了應(yīng)對寒冷之道

低溫海水能夠溶解更多的氧氣

再加上夏季連續(xù)數(shù)月的陽光

大量的浮游藻類在北冰洋繁衍

各種魚類、磷蝦等以其為食

吸引著多種捕食者的到來

(北極海域的虎鯨,圖片來源@視覺中國)

虎鯨、獨(dú)角鯨、北極露脊鯨等17種鯨類

每年都會來到北極

它們擁有極厚的皮膚和脂肪層

一些種類的脂肪層甚至厚達(dá)半米

成為絕佳的御寒“裝備”

(格陵蘭附近海域的兩頭座頭鯨,又稱大翅鯨,圖片來源@視覺中國)

海象、海豹等鰭腳類哺乳動物

有著類似鯨類的御寒策略

皮膚下同樣堆積著大量脂肪

讓它們看起來憨態(tài)可掬

(一只躺在北極海冰上的髯海豹,攝影師@徐征澤)

但別看它們在陸地上運(yùn)動緩慢

厚厚的脂肪也帶來了流線型的外觀

非常有利于水下活動

讓它們成為極地最靈活的胖子

(水下的海象,圖片來源@視覺中國)

而在北極的陸地上

馴鹿、麝牛等植食性動物

多擁有強(qiáng)有力的蹄

能在冬季雪滿大地時

挖掘出深藏積雪之下的苔原植物

(俄羅斯弗蘭格爾島雪原上的兩只麝牛,圖片來源@視覺中國)

北極狐等肉食性動物

則在不同季節(jié)改變毛發(fā)的顏色

冬季一身雪白

夏季換上巖土一般的褐色

與環(huán)境融為一體

幫助它們隱匿暗處、伺機(jī)捕食

(斯瓦爾巴群島上的一只北極狐,攝影師@徐征澤)

而擁有2-3米的碩大體型

以及全身乳白色毛發(fā)的

北極熊

是北極地區(qū)當(dāng)之無愧的明星

(站在冰上的北極熊,圖片來源@視覺中國)

作為世界上現(xiàn)存最大的陸生肉食動物

它擁有350-700公斤的巨大體重

能以每小時40千米的速度在冰上飛奔

和每小時10千米的速度在水中游泳

是北極的運(yùn)動健將

而有力的前掌

巨大而鋒利的犬齒

以及長時間蹲守的耐心

更使北極熊成為地球最北部的

頂級陸生掠食者

就連海豹、海象、甚至鯨類等大型動物

也在它們的食譜里

(尋覓獵物的北極熊母子,圖片來源@視覺中國)

豐富的生物

令北極地區(qū)充滿活力

到了1萬多年以前

不斷遷徙的現(xiàn)代人類

終于踏足這片極北之地

他們在此生存、捕獵

不斷適應(yīng)著北極的極端環(huán)境

(馴鹿在北極的人類社會中具有重要的意義,攝影師@LuDi__)

人們因地制宜

以捕獵海豹、鯨類等動物為生

獵物體內(nèi)含量頗豐的脂肪

為他們抵御嚴(yán)寒提供了食物保障

食用生肉也使得他們在缺乏果蔬的條件下

能夠獲得足量的維生素C

不至于患上敗血病

(捕獵中的因紐特人,圖片來源@視覺中國)

而人類的智慧

也讓他們逐漸學(xué)會了

以冰雪為房屋、以獸皮為服飾

飼養(yǎng)雪橇犬和馴鹿

既作為跨越物種的朋友

也作為出行的交通工具

(薩米人村莊與馴鹿,攝影師@吳鄴霖)

憑借著獨(dú)特的生活方式

人類在北極擴(kuò)散開來

在格陵蘭島、北歐、西伯利亞等地

形成了因紐特、薩米、雅庫特等

獨(dú)特的北極土著文化

并一直延續(xù)至今

(游牧馴鹿的帳篷營地,圖片來源@視覺中國)

但在北極之外

人類生活的世界正在快速改變

特別是近代以來

工業(yè)活動排放的巨量溫室氣體

引發(fā)了快速而劇烈的全球變暖

北極的極寒正在被逆轉(zhuǎn)

一場顛覆性的改變

已經(jīng)悄然開始

04 這個北極不太冷

由于人類活動的影響

全球平均溫度從1900年至今

急劇增加了約1℃

放眼最近一千年的歷史

堪稱直線上升

而由于極地放大效應(yīng)的存在

北極的升溫幅度

約是全球平均升溫的兩倍

達(dá)到驚人的2℃左右

幾乎是地球的“熱得快”

(北極地區(qū)升溫異常示意,通過比較北極地區(qū)與全球的溫度異常分布和平均升溫曲線,可見北極地區(qū)的升溫幅度明顯高于全球平均水平,制圖@鄭藝/星球研究所)

北極正在融化

格陵蘭島的冰蓋不斷消融

冰冷的淡水快速流進(jìn)北大西洋

使影響全球海陸熱量分配的溫鹽環(huán)流

變得不再穩(wěn)定

給全球氣候帶來更多變數(shù)

(格陵蘭冰蓋上由融水匯成的冰上河,這是冰蓋正在消融的跡象,圖片來源@NASA)

北冰洋的海冰快速消融

面積逐漸縮減

在未來的某一個夏天

地球的白色穹頂或?qū)⒉粡?fù)存在

(北冰洋夏季海冰延伸范圍變化,制圖@張威&王申雯/星球研究所)

對人類而言

一個快速消融的北極

首先蘊(yùn)含著巨大的機(jī)遇

由于化石燃料仍是全球主要能源

在豐厚利益的驅(qū)使下

全球的石油工業(yè)

正瞄準(zhǔn)北極豐富的油氣

蘊(yùn)藏在西伯利亞、阿拉斯加、加拿大北部

甚至北冰洋大陸架深處的油氣資源

會變得更容易開發(fā)

(西伯利亞的天然氣加工廠,圖片來源@視覺中國)

依托煤礦、金屬礦產(chǎn)開發(fā)

而營建的那些城鎮(zhèn)

如俄羅斯的摩爾曼斯克

或挪威的朗伊爾城

也將隨著氣候的轉(zhuǎn)暖

迎來更大的發(fā)展

(請橫屏觀看,挪威朗伊爾城,其以北緯78°13′的位置被稱為地球最北的城鎮(zhèn),攝影師@蘇鐵)

海冰大量消融后

經(jīng)由北冰洋的北極航道或?qū)⒋蜷_

大幅節(jié)省跨洲航行的時間

給人們創(chuàng)造出更多的財富

(北極航道線路示意,制圖@陳志浩&王申雯/星球研究所)

但另一方面

快速消融的北極

也蘊(yùn)含著巨大的威脅

越來越多的資源開發(fā)活動

將威脅北極地區(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境

北極獨(dú)特的生物多樣性

無疑將受到巨大的沖擊

(北極熊母子從堆砌的廢鋼材邊走過,圖片來源@視覺中國)

消融中的凍土

則令北極內(nèi)外的基建設(shè)施

在爛泥里變得”搖搖欲墜”

(俄羅斯北部因凍土消融而變形的鐵軌,圖片來源@視覺中國)

此外

全球凍土中還蘊(yùn)藏著超過1.6萬億噸的碳

超過大氣中碳含量的2倍

其中絕大部分都分布在北極周圍

被科學(xué)家稱為“凍土碳彈“

若這些碳均以甲烷的形式進(jìn)入大氣

可能會引起氣溫的顯著上升

給人類社會帶來災(zāi)難性的后果

(2015年發(fā)生在西伯利亞亞馬爾半島的甲烷爆發(fā)在地表留下一個大坑,而類似的甲烷爆發(fā)事件正變得越來越頻發(fā),圖片來源@視覺中國)

北極地區(qū)的升溫

還會破壞北極渦旋和極鋒急流的穩(wěn)定性

使冷空氣更容易趁勢南下

暖空氣更容易北抬

生活在北半球的人們

也將會在全球變暖的背景下

經(jīng)歷更極端的寒潮和酷暑

(不同情況下北極渦旋和極鋒急流示意,制圖@王申雯/星球研究所)

幾乎可以肯定的是

在未來很長的時間里

北極還會繼續(xù)改變

但這就是北極

一片充滿變化的

寒冰與熱土

它經(jīng)歷了從無冰到有冰的變化

在最近的200多萬年間

和南極一道為我們呈現(xiàn)了

兩極皆覆蓋冰雪的現(xiàn)代世界

使人類有機(jī)會

親眼目睹地球46億年的時光中

極其罕見的“冰室地球”

(航拍格陵蘭冰蓋上的冰面河及冰面湖,圖片來源@視覺中國)

它經(jīng)歷了地球自身的冷暖節(jié)律

在最近的10多萬年里

和南極一起用冰雪改變地球的面貌

塑造出一個被人類熟知的世界

(請橫屏觀看,在北極海冰里航行的破冰船,圖片來源@視覺中國)

如今

人類活動造成的全球快速變暖

也在讓北極

向著更加溫暖的未來

一路狂奔下去

(格陵蘭烏馬納克鎮(zhèn)和海上冰山,攝影師@Thomas看看世界)

北極的未來會怎樣?

或者數(shù)億年后

地球?qū)⒅匦伦叱觥氨摇?/p>

兩極再無冰雪

或者數(shù)萬年后

地球軌道將再度變化

冰期再度降臨

北極重新進(jìn)入極盛期

(北極冰崖下的北極熊,攝影師@徐征澤)

而在人類可以感知的近未來

北極的命運(yùn)

卻掌握在我們每一個人的手中

雖然我們都只是渺小的個體

但無數(shù)渺小個體的抉擇

也能匯成巨大的時代洪流

(北極光照耀下的挪威特羅瑟姆市,攝影師@陳燦銘)

北極的未來

將由你我繼續(xù)書寫

而聰明的人類

又將做出怎樣的抉擇呢?

本文創(chuàng)作團(tuán)隊

撰文 | 丁昊 云舞空城

編輯 | 云舞空城 所長

圖片 | 周昫光

設(shè)計 | 王申雯

地圖 | 張威 陳志浩 鄭藝

審校 | 云舞空城

地圖審校 | 陳景逸

封面攝影師 | 徐征澤 LuDi__

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[14]Bird, Kenneth J., et al. Circum-Arctic resource appraisal: Estimates of undiscovered oil and gas north of the Arctic Circle. No. 2008-3049. US Geological Survey, 2008.

星球研究所

以地理的視角,專注于探索極致世界

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