【專欄】人類出現以來的氣候變化

現代人類物種（智人）大約15萬年前出現和擴展，都與氣候變化，密不可分。智人經歷了近兩個完整的冰川間週期，但其全球地理擴張、人口大規模增長、文化多樣化和世界生態統治，它只是從上一個冰川時期才開始。在最後一次冰川間過渡期間加速。第一隻雙足類人猿出現在氣候轉變和變化時期，直立人，一種滅絕的物種，可能是現代人類的祖先，起源於較冷的更新世時期（Pleistocene Epoch），在過渡期和多重時期都存活下來冰川間週期。因此，可以說，氣候變化是人類及其各種文化和文明的生生之物。

最近的冰川期

由於冰川冰僅限於高緯度和海拔，12.5萬年前的地球處於與今天相似的冰期。最近的冷卻和冰川期大約開始於12萬年前。在加拿大大部分地區和歐亞大陸北部，形成了並持續存在了重要的冰蓋。

在冰川條件的初步發展之後，地球系統在兩種模式之間交替，一種是低溫和冰川的生長，另一種是相對溫暖的溫度（儘管比今天涼爽得多）和退縮的冰川。

末次冰盛期

在過去的25,000年裡，地球系統經歷了一系列戲劇性的轉變。最近的冰川期在21,500年前的最後冰川最大時期達到頂峰（Last Glacial Maximum，即LGM）。當時，北美北部三分之一被洛朗德冰蓋（Laurentide Ice Sheet）覆蓋，其南至愛荷華州的得梅因、俄亥俄州辛辛那提市和紐約市。科迪勒蘭冰蓋（Cordilleran Ice Sheet）覆蓋了加拿大西部大部分地區以及美國華盛頓州北部、愛達荷州和蒙大拿州。在歐洲，斯堪的納維亞冰蓋（Scandinavian Ice Sheet）位於不列顛群島、斯堪的納維亞半島、歐洲東北部和西伯利亞中北部。蒙塔內冰川（Montane glaciers）在其他地區很廣泛，即使在非洲和南美洲的低緯度地區也是如此。全球海平面比現代海平面低125米（410英尺），因為水從海洋向冰蓋長期淨轉移。未受冰蓋地區接近地球表面的溫度，比今天低5°C（9°F）。許多北半球的植物和動物物種居住在其目前範圍以南的地區。例如，在美國佐治亞州西北部生長的短葉松和白雲杉樹，它距離北美五大湖地區以南 1,000 公里（600 英里）。

最後的冰消

大陸冰蓋在大約2萬年前開始融化。水下化石珊瑚礁的鑽探和年代測定提供了隨著冰層融化而海平面上升的明確記錄。最快速的融化始於15,000年前。例如，北美洛朗德冰蓋的南部邊界，在一萬年前是五大湖和聖勞倫斯地區的北部，到六千年前已經完全消失。

水的體積是不變化的。眾所周知，雲的多少是經常變化的，所以水的存在完全是用地表的平均體積來評價的。一般情況下，水的重量也是不變化的，而冰的形成使同體積的水分子品質下降。冰內微小的水分會影響整個冰塊的結構特性。

CO2含量對地球的氣溫產生了不到1攝氏度的貢獻。其實，這個貢獻是個平均值。平均到什麼程度了呢？某地升溫10度，某地降溫10度，對地球來說，平均氣溫是「不變的」。地球的冷熱交替主要是海洋造成的，然而某些地方氣溫異常會導致水溫變化而使洋流中斷、漸弱或改變。冷的地方變熱，熱的地方就會變冷。不平均導致了冰川的大規模破損。

1億年以前，地球可能有過全部冰雪融化的情況。這種情況下，洋流作用變緩，有些地方異常乾燥而無降水。小行星並不是恐龍滅絕的主因，而是氣候變化，植被減少導致。

全球氣候的變化導致了冰川的加劇分解，冰一旦落於水面，不需要融化就使水的體積增大，這是阿基米德原理。全球海洋面積占總表面積71%，如果這些面積上面放上從南、北極融化的水，會使水面增高60多米。

第四紀冰川

第四紀冰川是地球史的上一次大冰川期。在地質歷史上曾經出現過氣候寒冷的大規模冰川活動的時期，稱為冰河期（ice age）以下簡稱冰期。這種冰期曾經有過三次，即前寒武晚期、石炭紀-二疊紀和第四紀。第四紀冰期來臨的時候，地球的年平均氣溫曾經低10℃～15℃，全球有1/3以上的大陸為冰雪覆蓋，冰川面積達5200萬平方千米，冰厚有1000米左右，海平面下降130米。第四紀冰期又分4個冰期和3個間冰期。間冰期時，氣候轉暖，海平面上升，大地又恢復了生機。第四紀冰期的遺跡最多，如斯堪的納維亞半島的峽灣，北歐、中歐、北美眾多的冰磧殘丘，阿爾卑斯山的U型谷和陡峭的山峰，法國和瑞士交界處侏羅山巨大的冰漂礫等，都是第四紀冰川作用留下的產物。

更新世的冰川和間冰迴圈

21,500年前達到頂峰的冰川期只是過去45萬年中五個冰川期中最近的一個。事實上，地球系統在冰川和冰間系統之間交替了200多萬年，這一時期被稱為更新世（Pleistocene）。在此期間，冰川期的持續時間和嚴重程度有所增加，在90萬至60萬年前發生了特別劇烈的變化。地球目前處於最近的冰期，開始于11,700年前，通常被稱為第四紀全新世（Holocene Epoch）。

更新世的大陸冰川以冰川沉積物和地貌的形式在景觀上留下記錄。然而，對各種冰川和冰期的大小和時間的最佳瞭解，來自海洋沉積物中的氧同位素記錄。這些記錄提供了直接衡量海平面和全球冰量的間接測量。由較輕的氧同位素O16組成的水分子比具有較重同位素O18的分子更容易蒸發。冰川期的特點是高O18濃度，代表水的淨轉移，特別是O16，從海洋到冰蓋。氧同位素記錄表明，冰間期通常持續10,000至15,000年，最大冰川期長度相似。過去50萬年的大部分時間裡，大約80%，都花費在各種中間的冰川狀態中，這些州比冰川最大溫度高，但比冰間更涼爽。在這中間時期，加拿大大部分地區都發生了大量冰川，可能也覆蓋了斯堪的納維亞半島。這些中間狀態不是恒定的。它們的特點是持續的千年規模的氣候變化。在更新世和全新世時期，全球氣候沒有平均或典型的狀態。地球系統一直在冰間和冰川模式之間不斷變化。

冰芯的發現表明，大氣中兩種強效溫室氣體二氧化碳和甲烷的濃度在過去冰川時期已經下降，在冰間冰河期間達到峰值，這表明地球系統存在重要的回饋過程。在過渡到冰川階段期間溫室氣體濃度的降低將加強和擴大已經開始的冷卻。向間冰期過渡的情況正好相反。冰川碳沉降仍然是大量研究活動的主題。要全面瞭解冰川-冰川間碳動力學，就需要瞭解海洋化學和環流、海洋和陸地生物的生態學、冰蓋動力學以及大氣化學和環流之間的複雜相互作用。

最後一次降溫

過去5000萬年來，地球系統經歷了一個普遍的冷卻趨勢，最終在大約275萬年前，在北半球發展出永久冰蓋。這些冰蓋以規律的節奏擴張和收縮，每個冰川最大與連續的冰蓋分離41,000年（基於軸向傾斜的週期）。隨著冰蓋的起落，全球氣候逐漸向較冷的月份漂移，其特點是冰川越來越嚴重，冰間階段也越來越涼爽。從大約90萬年前開始，冰川間週期改變了頻率。從那時起，冰川高峰已經相隔10萬年，地球系統在涼爽的階段花費的時間比以前多。偏心率，在10萬年的週期變化，其大小不足以解釋過去90萬年的冰川和冰間週期的10萬年週期。地球偏心中存在的週期性的起源是當前古氣候研究中的一個重要問題。

2019年北極海冰有史以來第二低記錄

値得一提的是今年，2019年9月18日，北極海冰可能達到2019年的最低範圍。根據美國宇航局和國家冰雪資料中心的資料，今年夏季海冰面積為160萬平方英里（415萬平方公里），在衛星記錄以來排名第二小面積。

北冰洋的冰蓋是漂浮在北冰洋和鄰近海域的一片冰凍海水。每年，它在秋季和冬季膨脹和變厚，在春季和夏季變小變薄。但在過去幾十年中，氣溫升高導致北極海冰面積在所有季節顯著減少，夏季末期冰度下降尤為迅速。北極海冰覆蓋的變化具有廣泛的影響。海冰影響當地生態系統、區域和全球天氣模式以及海洋環流。 專欄屬作者個人意見，文責歸屬作者，本報提供意見交流平台，不代表本報立場。