这个北极不太冷?

星球研究所 2022-06-24 07:30



北极
地球北部
总面积超过2100万平方千米的
极寒地带
(北极地区范围示意,所示国家为部分领土位于北极地区的国家,制图@张威&王申雯/星球研究所)


184万平方千米的冰川

覆盖陆地

(格陵兰岛冰盖局部,图片来源@视觉中国)


1100万平方千米的海冰
冻结海洋
(漂浮的大片北极海冰,图片来源@视觉中国)

高空之中
极度寒冷的北极涡旋
随时准备南下
用寒潮侵扰四方
(因北极与其他地区的温度差异等因素,北极及周边区域上空长期存在着北极涡旋与极锋急流,并将极地的冷空气束缚其中;下图为北极涡旋与极锋急流示意,制图@王申雯/星球研究所)


但是
冰封的极地
却并非地球的常态
两极冰封的“冰室地球
在地球46亿年的岁月里
出现次数寥寥无几

可对于人类而言
这个冰封的北极却非常重要
在一个越来越热的世界里
遥远北极的命运
将会影响到我们每一个人
(一只北极熊在冰面上奋身起跳,摄影师@沈辉)

是谁冰封了北极?
又是什么样的力量
让它急速消融?

一切要从千万年前
“凛冬“的降临说起


 01 
凛冬降临

与南极以陆地为主不同

北极以北冰洋为中心

陆地环绕四周

仅有白令海峡、挪威海等少数通道

可让北冰洋与外界相连

(北冰洋范围示意,不同机构组织对北冰洋范围的定义存在差异,本文以图中所示边缘海作为北冰洋范围的边界,制图@张威/星球研究所)


这也使北冰洋
成为全球最小的大洋
仅有1400多万平方千米
为太平洋的7.7%
外号“北极地中海

广阔的大陆架伸入北冰洋的海底
除大洋中部由三条海岭
分隔形成的四片海盆较深外
北冰洋的平均深度仅有1200多米
是全球最浅的大洋
(请横屏观看,北冰洋海底地形示意,制图@张威&王申雯/星球研究所)


如此的海陆格局

历经了数千万年的地质演变

而在这场演变的早期

地球还十分温暖

北冰洋表层温度甚至可以高达23℃

堪比今天的亚热带

但数千公里外的地质运动

即将把地球抛入刺骨的寒冷


8000万年前起
广泛而持续的造山运动
从欧洲的阿尔卑斯
经伊朗的札格罗斯
到亚洲的喜马拉雅
制造出规模巨大的超级造山带
并持续至今
(白垩纪晚期以来全球板块运动示意,制图@王申雯&郑艺/星球研究所)


群山逐渐隆升
大量的新鲜岩石暴露地表
逐渐被雨雪风霜破坏
与大气发生复杂的化学反应
消耗了大量的二氧化碳
减弱了温室效应
以至于在最近的5500万年里
地球开始逐渐降温

1300万年前
北冰洋的表层海水逐渐冻结
形成了大范围全年存在的海冰
(请横屏观看,北冰洋海冰,图片来源@视觉中国)

随着地球继续降温
北冰洋很快就被彻底冻结
北极周边的陆地
也开始被冰雪覆盖

700万年前
格陵兰岛的积雪
逐渐压实成冰
形成冰川
(格陵兰岛的冰川,图片来源@视觉中国)

随着全球气温逐渐降低
冰川自高向低扩张
直至从陆地延伸至海面
成为矗立海上的白色绝壁
浑厚壮观
(请横屏观看,斯瓦尔巴群岛上延伸至海面的冰川,摄影师@梅元皎

当延伸至海面
冰川在重力、海浪等作用下
断裂、坍塌、崩解
便形成了漂浮于海上的冰山
(格陵兰岛附近海域的冰山,摄影师@Thomas看看世界)

而陆地上冰川的体积不断增长
范围也越来越大
至约275万年前
北冰洋周边陆地的大量冰川
已彼此相连成巨大、巨厚的冰体
可以将下方的山谷、山脊悉数覆盖
冰盖诞生了
(请横屏观看,俯瞰格陵兰岛的冰盖,图片来源@视觉中国)

至此
整个北极以及周边地区
变成了地球的白色穹顶
再加上从约3400万年前
就逐渐被冰盖覆盖的南极
地球正式变成两极冰封的
“冰室地球”
(当地球南北两极均有大量冰体覆盖时,即为“冰室地球”,如今我们所处的“冰室地球”时期,在近5亿年来的历史中仅为第3次;请横屏观看,图为斯瓦尔巴群岛上的冰川,摄影师@陈建伟)

然而

在地球整体寒冷的基调下

也有着小幅度的冷暖交替

每隔数十万乃至数万年

地球的公转姿态会发生微小变化

接受的太阳能量随之波动

气候也出现冰期间冰期的变化


在最寒冷的冰期

北极冰盖范围极大

可向南延伸到北纬37°

格陵兰岛、北美大陆大部、欧亚大陆北部

几乎全被覆盖

再加上南极洲冰盖和陆地高山冰川的贡献

全球海平面可下降超过百米

(随着地球气候周期性变化,冰盖的范围和体量也一直在变化,约两万年前的末次冰盛期是距离我们最近的一个极寒时刻,海平面下降了约130米;下图为末次冰盛期冰盖范围,其中海岸线为海平面下降130米后的位置,制图@王申雯&张威/星球研究所)


但冰期之后的间冰期
全球气候会重新回暖
1.2万年前
距离我们最近的一个冰期结束
快速的增温
令广阔的冰盖再次后退
人类熟悉的现代北极
开始逐渐成型


 02 
冰雪行迹

向高山和北方退去

在北极外围的陆地上

留下许许多多的冰川地貌


在北极和周边的山岭中

冰川从山麓后退至山顶或消失不见

留下许多棱角分明的刃脊

尖锐锋利的角峰

还有呈U形的冰川槽谷

(阿拉斯加北极之门国家公园的冰川地貌,图片来源@视觉中国


无论是北欧的斯堪的纳维亚山脉
还是阿拉斯加的布鲁克斯岭

北极和周围的山地

因为极其丰富的冰川地貌

尽显凌厉之态

(挪威赛尼加岛的冰川地貌,它属于斯堪的纳维亚山脉的一部分,摄影师@苏铁)


其中

冰川在海岸山地塑造的峡湾

尤为特别

(请横屏观看,格陵兰岛的峡湾景观,摄影师@Thomas看看世界)


在寒冷的冰期

冰川在群山间刨蚀出许多U型槽谷

随着冰川退却、海平面上升

海水逐渐淹没U型槽谷

并向内陆不断延伸

幽深狭长的峡湾便诞生了

(峡湾形成示意,制图@王申雯/星球研究所)


位于格陵兰岛的
斯科斯比松峡湾
长度达到350千米
且拥有树枝般繁多的分叉
构成了世界上最大的峡湾体系之一
(格陵兰斯科斯比松峡湾卫星图,图片来源@NASA)


而被斯堪的纳维亚山脉
纵贯全境的挪威
更是拥有近1200条峡湾
海岸线变得无比曲折
总长度超过2.5万千米
其中约90%都位于峡湾两侧
(挪威海岸沿线峡湾分布,制图@陈志浩/星球研究所)

山区之外
不断向北退却的冰川
则揭开了冰下世界的秘密


在更久远的年代里

这些冰川向南发育、扩展时

在地表岩石软弱之处

刨蚀出许多洼地

如今随着冰川退却逐渐暴露出来

被融水填满后

形成星罗棋布的冰蚀湖

(冰蚀湖形成示意,制图@王申雯/星球研究所)

1/4国土位于北极圈内的芬兰
拥有近19万个湖泊
仿佛镶嵌于大地上的无数宝石
(芬兰的心形冰蚀湖,是派加尼湖的附属小湖,图片来源@视觉中国)

最大的塞马湖(Saimaa)
面积达到4400平方千米
将数千座岛屿拥入怀抱
(请横屏观看,芬兰最大的湖泊塞马湖,图片来源@视觉中国)

古老的冰川
塑造了北极部分地区的面貌
但北极依旧寒冷
广泛分布的冻土
还塑造了一些更加奇特的景观

当地下水体结冰膨胀
上部的泥土被顺势顶起
在大地上产生了许多小丘
被称作冻胀丘
(位于加拿大西北地区图克托亚图克的冻胀丘,摄影师@Kristian Binder)


而对于冻土地区的地表水体
由于反复发生冻结和消融
地面逐渐塌陷、积水
形成数不胜数的热融湖
(热融湖形成示意,制图@王申雯/星球研究所)


从高空俯瞰时
这些热融湖密集分布、形状各异
在辽阔的北极大地上
描绘着出人意料的图案
(西伯利亚亚马尔半岛的密集热融湖,图片来源@视觉中国


经过长期的消融与退却
在如今的北极
冰川已基本退出北极外围的大陆
只残存于北冰洋外围的岛屿上

例如斯瓦尔巴群岛的群山之间
蜿蜒着1600多条冰川
这个面积仅有6万多平方千米的群岛
有一半以上的陆地
被冰川覆盖
(斯瓦尔巴群岛上的冰川,图片来源@视觉中国)

格陵兰岛
则保存着北极仅剩的冰盖
总面积超过170万平方千米
覆盖着格陵兰岛85%的陆地
(格陵兰冰盖景象,图片来源@视觉中国)

冰川从北极的陆地
大幅退却
而海冰的范围
也已不及冰盛时期
(北冰洋海冰,图片来源@视觉中国)

它随四季冷热轮转
寒冬后的三月
北冰洋的海冰面积最大
可以延伸至太平洋与大西洋
总面积达到1540万平方千米
而盛夏后的九月
便仅剩640万平方千米
退居北冰洋一隅
(以上数据为1981-2010年三月、九月北冰洋海冰延伸范围的平均值;下图为北冰洋冬夏海冰延伸范围示意,制图@张威/星球研究所)


冰室地球背景下的小升温

让北极冰雪退却

不仅重塑了北极的面貌

也使各类动植物

重新向北极进发

将北极再度变成

生灵的热土

(北冰洋海的海冰和北极熊,图片来源@视觉中国)



 03 
生灵热土

北极圈附近的陆地
是北极相对温暖的地方
虽然年平均气温往往不到5℃

但由松树、云杉、冷杉等针叶树组成的森林

仍能在这里成片地生长

这便是北方针叶林

又称泰加林

(请横屏观看,西伯利亚的北方针叶林,图片来源@视觉中国)

其范围
从北纬50度延伸至北纬70度
覆盖欧亚、北美大陆北部的大部分区域
以约11.5%的地球陆地面积
成为世界上最大的生物区系
也是世界上最北的森林
(北方针叶林范围示意,制图@张威&王申雯/星球研究所)


每当寒冬降临

这些针叶树便会停止生长

进入冬眠状态

细胞壁与细胞内物质还会发生轻度分离

即使细胞之间结冰

细胞内也不易形成冰晶

从而避免受到损害


而当夏季来临

它们在较低的温度下便被“唤醒”

以便充分利用短暂的夏季生长

(位于西伯利亚南部西萨彦岭的北方针叶林景观,图片来源@视觉中国)


凭借这样的本领

它们在北极密布成林

蔓延千里

成为冰天雪地中的

森林王者

(请横屏观看,乌拉尔山冬季的北方针叶林,图片来源@视觉中国)


在纬度更高、更加寒冷的地方

北方针叶林也无法生长

另一种植物群落

开始展现它们的本领


这是由苔藓、地衣、草本植物

以及一些矮小的灌木等组成的

苔原

(格陵兰冰盖附近的苔原植被,图片来源@视觉中国)

这些看似纤弱的植物

在地球最北的土地上

呈现出勃勃生机

其分布面积超过1100万平方千米

(北半球苔原范围示意,制图@张威&王申雯/星球研究所)


这里的冬天往往低至-30

苔原植物往往拥有缓慢的生命节奏

用两年甚至更长时间

慢慢完成一次

发芽、生长、开花的全生命周期


为了防止结冰

一些苔原植物还会在细胞内

储存脂肪、糖分等物质

以降低冰点

从而获得御寒的能力

(格陵兰Ula峰下的苔原植被,摄影师@Thomas看看世界)


植物以外

北极的动物

也演化出了应对寒冷之道


低温海水能够溶解更多的氧气

再加上夏季连续数月的阳光

大量的浮游藻类在北冰洋繁衍

各种鱼类、磷虾等以其为食

吸引着多种捕食者的到来

(北极海域的虎鲸,图片来源@视觉中国)

虎鲸、独角鲸、北极露脊鲸等17种鲸类
每年都会来到北极
它们拥有极厚的皮肤和脂肪层
一些种类的脂肪层甚至厚达半米
成为绝佳的御寒“装备”
(格陵兰附近海域的两头座头鲸,又称大翅鲸,图片来源@视觉中国)

海象、海豹等鳍脚类哺乳动物
有着类似鲸类的御寒策略
皮肤下同样堆积着大量脂肪
让它们看起来憨态可掬
(一只躺在北极海冰上的髯海豹,摄影师@徐征泽)

但别看它们在陆地上运动缓慢
厚厚的脂肪也带来了流线型的外观
非常有利于水下活动
让它们成为极地最灵活的胖子
(水下的海象,图片来源@视觉中国)

而在北极的陆地上
驯鹿、麝牛等植食性动物
多拥有强有力的蹄
能在冬季雪满大地时
挖掘出深藏积雪之下的苔原植物
(俄罗斯弗兰格尔岛雪原上的两只麝牛,图片来源@视觉中国)

北极狐等肉食性动物

则在不同季节改变毛发的颜色

冬季一身雪白

夏季换上岩土一般的褐色

与环境融为一体

帮助它们隐匿暗处、伺机捕食

(斯瓦尔巴群岛上的一只北极狐,摄影师@徐征泽)

而拥有2-3米的硕大体型

以及全身乳白色毛发的

北极熊

是北极地区当之无愧的明星

(站在冰上的北极熊,图片来源@视觉中国)


作为世界上现存最大的陆生肉食动物

它拥有350-700公斤的巨大体重

能以每小时40千米的速度在冰上飞奔

和每小时10千米的速度在水中游泳

是北极的运动健将


而有力的前掌

巨大而锋利的犬齿

以及长时间蹲守的耐心

更使北极熊成为地球最北部的

顶级陆生掠食者

就连海豹、海象、甚至鲸类等大型动物

也在它们的食谱里

(寻觅猎物的北极熊母子,图片来源@视觉中国)

丰富的生物
令北极地区充满活力
到了1万多年以前
不断迁徙的现代人类
终于踏足这片极北之地
他们在此生存、捕猎
不断适应着北极的极端环境
(驯鹿在北极的人类社会中具有重要的意义,摄影师@LuDi__)

人们因地制宜
以捕猎海豹、鲸类等动物为生
猎物体内含量颇丰的脂肪
为他们抵御严寒提供了食物保障
食用生肉也使得他们在缺乏果蔬的条件下
能够获得足量的维生素C
不至于患上败血病
(捕猎中的因纽特人,图片来源@视觉中国)


而人类的智慧
也让他们逐渐学会了
以冰雪为房屋、以兽皮为服饰
饲养雪橇犬和驯鹿
既作为跨越物种的朋友
也作为出行的交通工具
(萨米人村庄与驯鹿,摄影师@吴邺霖)


凭借着独特的生活方式
人类在北极扩散开来
在格陵兰岛、北欧、西伯利亚等地
形成了因纽特、萨米、雅库特等
独特的北极土著文化
并一直延续至今
(游牧驯鹿的帐篷营地,图片来源@视觉中国)

但在北极之外
人类生活的世界正在快速改变
特别是近代以来
工业活动排放的巨量温室气体
引发了快速而剧烈的全球变暖
北极的极寒正在被逆转
一场颠覆性的改变
已经悄然开始


 04 
这个北极不太冷

由于人类活动的影响
全球平均温度从1900年至今
急剧增加了约1℃
放眼最近一千年的历史
堪称直线上升

而由于极地放大效应的存在
北极的升温幅度
约是全球平均升温的两倍
达到惊人的2℃左右
几乎是地球的“热得快
(北极地区升温异常示意,通过比较北极地区与全球的温度异常分布和平均升温曲线,可见北极地区的升温幅度明显高于全球平均水平,制图@郑艺/星球研究所)


北极正在融化
格陵兰岛的冰盖不断消融
冰冷的淡水快速流进北大西洋
使影响全球海陆热量分配的温盐环流
变得不再稳定
给全球气候带来更多变数
(格陵兰冰盖上由融水汇成的冰上河,这是冰盖正在消融的迹象,图片来源@NASA)

北冰洋的海冰快速消融
面积逐渐缩减
在未来的某一个夏天
地球的白色穹顶或将不复存在
(北冰洋夏季海冰延伸范围变化,制图@张威&王申雯/星球研究所)


对人类而言
一个快速消融的北极
首先蕴含着巨大的机遇

由于化石燃料仍是全球主要能源
在丰厚利益的驱使下
全球的石油工业
正瞄准北极丰富的油气
蕴藏在西伯利亚、阿拉斯加、加拿大北部
甚至北冰洋大陆架深处的油气资源
会变得更容易开发
(西伯利亚的天然气加工厂,图片来源@视觉中国)

依托煤矿、金属矿产开发
而营建的那些城镇
如俄罗斯的摩尔曼斯克
或挪威的朗伊尔城
也将随着气候的转暖
迎来更大的发展
(请横屏观看,挪威朗伊尔城,其以北纬78°13′的位置被称为地球最北的城镇,摄影师@苏铁)

海冰大量消融后
经由北冰洋的北极航道或将打开
大幅节省跨洲航行的时间
给人们创造出更多的财富
(北极航道线路示意,制图@陈志浩&王申雯/星球研究所)


但另一方面
快速消融的北极
也蕴含着巨大的威胁

越来越多的资源开发活动
将威胁北极地区脆弱的生态环境
北极独特的生物多样性
无疑将受到巨大的冲击
(北极熊母子从堆砌的废钢材边走过,图片来源@视觉中国)


消融中的冻土

则令北极内外的基建设施

在烂泥里变得”摇摇欲坠”

(俄罗斯北部因冻土消融而变形的铁轨,图片来源@视觉中国)


此外
全球冻土中还蕴藏着超过1.6万亿吨的碳
超过大气中碳含量的2倍
其中绝大部分都分布在北极周围
被科学家称为“冻土碳弹
若这些碳均以甲烷的形式进入大气
可能会引起气温的显著上升
给人类社会带来灾难性的后果
(2015年发生在西伯利亚亚马尔半岛的甲烷爆发在地表留下一个大坑,而类似的甲烷爆发事件正变得越来越频发,图片来源@视觉中国)


北极地区的升温
还会破坏北极涡旋和极锋急流的稳定性
使冷空气更容易趁势南下
暖空气更容易北抬
生活在北半球的人们
也将会在全球变暖的背景下
经历更极端的寒潮和酷暑
(不同情况下北极涡旋和极锋急流示意,制图@王申雯/星球研究所)


几乎可以肯定的是
在未来很长的时间里
北极还会继续改变
但这就是北极
一片充满变化的
寒冰与热土

它经历了从无冰到有冰的变化
在最近的200多万年间
和南极一道为我们呈现了
两极皆覆盖冰雪的现代世界
使人类有机会
亲眼目睹地球46亿年的时光中
极其罕见的“冰室地球”
(航拍格陵兰冰盖上的冰面河及冰面湖,图片来源@视觉中国)

它经历了地球自身的冷暖节律
在最近的10多万年里
和南极一起用冰雪改变地球的面貌
塑造出一个被人类熟知的世界
(请横屏观看,在北极海冰里航行的破冰船,图片来源@视觉中国)

如今
人类活动造成的全球快速变暖
也在让北极
向着更加温暖的未来
一路狂奔下去

(格陵兰乌马纳克镇和海上冰山,摄影师@Thomas看看世界)


北极的未来会怎样?
或者数亿年后
地球将重新走出“冰室”
两极再无冰雪
或者数万年后
地球轨道将再度变化
冰期再度降临
北极重新进入极盛期
(北极冰崖下的北极熊,摄影师@徐征泽)


而在人类可以感知的近未来

北极的命运

却掌握在我们每一个人的手中

虽然我们都只是渺小的个体

但无数渺小个体的抉择

也能汇成巨大的时代洪流
(北极光照耀下的挪威特罗瑟姆市,摄影师@陈灿铭)

北极的未来
将由你我继续书写
而聪明的人类
又将做出怎样的抉择呢?


本文创作团队
撰文 | 丁昊 云舞空城
编辑 | 云舞空城 所长
图片 | 周昫光
设计 | 王申雯
地图 | 张威 陈志浩 郑艺
审校 | 云舞空城
地图审校 | 陈景逸
封面摄影师 | 徐征泽 LuDi__

参考文献
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[2]秦大河. 冰冻圈科学概论(修订版)[M]. 科学出版社, 2018.
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[4]马丹炜. 植物地理学(第二版)[M]. 科学出版社, 2012.
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[13]Batchelor, Christine L., et al. "The configuration of Northern Hemisphere ice sheets through the Quaternary." Nature communications 10.1 (2019): 1-10.
[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.

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