两千三百年前，南极冰盖开始缩小，从比现在大到只有一半大小。计算机模型暗示二氧化碳水平的飙升是原因，但证据一直难以捉摸——直到现在。从新西兰的一个湖床中发掘出的古老化石叶子首次表明，随着冰盖开始消退，二氧化碳水平在相对较短的时间内急剧增加。
该研究结果发表在期刊Earth and Planetary Science Letters上，引发了关于当今南极冰盖稳定性以及大气中二氧化碳浓度上升到人类前所未有的水平的新问题。
“我们在这里看到，当南极冰盖开始消退时，要恢复它并不容易，”该研究的主要作者、哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站的博士后研究员兼Frontiers教学研究员Tammo Reichgelt说。“一些模型表明，以我们目前的速度，南极冰盖可能会达到一个临界阈值，并开始非常迅速地缩小冰的范围。我们在这里看到这种情况在过去发生过。”
科学家们研究了渐新世和中新世之交的10万年时期。在这个时期的开始，南极冰盖比现在大125%。到结束时，它比现在小了约50%。
研究发现，就在冰盖开始下降之前，大气二氧化碳水平开始飙升，在短短2万年的时间里从约5亿份（ppm）上升到750到1550份之间。之后，二氧化碳水平回落到约425份，但科学家们表示，正反馈循环持续驱动融化。
“这是我们首次发现二氧化碳在相对短的时间尺度内会发生如此大的波动，”Reichgelt说。为了将二氧化碳的增加与现代进行比较，大气二氧化碳最近超过了400 ppm并且还在上升。
Reichgelt说，2300万年前二氧化碳飙升的原因仍然未知。冰期与地球轨道的周期性变化同时发生，一种理论认为，南大洋积累的有机物可能开始快速氧化并释放大量二氧化碳。
化石叶子中捕获的证据
为了深入研究过去，科学家们分析了新西兰南岛一个古老湖泊底部的沉积岩芯。当时那里的条件非常适合保存过去的が气候证据。Foulden Maar当时是一个潮湿的亚热带地区，周围环绕着茂密的雨林，湖泊很深，底部形成了低氧条件，有助于保存落入和沉入的森林落叶。
在那些现已成为化石的叶子中，科学家们可以清楚地看到叶子“呼吸”二氧化碳并释放氧气的“气孔”的大小、形状和数量。叶子的碳同位素组成以及气孔数据提供了2300万年前该时期的が大气二氧化碳估计值。
“湖周围森林中的叶子通过减少气孔数量来响应二氧化碳的变化，因为二氧化碳在增加，”共同作者、拉蒙特副研究教授兼气候科学家William D’Andrea说。
南极冰盖的不稳定
其他近期研究发现，南极洲可能比以前认为的对二氧化碳和较低水平的二氧化碳变化更敏感。一个国际科学家团队利用来自南极洲罗斯海的沉积岩芯和冰盖模型，发现南极洲在中新世早期和中期对二氧化碳的变化高度敏感，并且在当时大气二氧化碳超过500 ppm时，冰曾退缩到内陆很远的地方。
D’Andrea指出，即使是新研究中二氧化碳估计的最低端（约750 ppm），似乎也足以使南极冰盖不稳定。
“在这项研究之前，尚不清楚大气二氧化碳是否在那个时期的中新世Mi-1冰期结束时增加，这是结束冰期的关键因素，”未参与这项新研究的辛辛那提大学古气候学家Aaron Diefendorf说。“这项新研究将为地球科学家提供研究这次冰期的新信息，并为研究地球过去的其他冰期和事件提供新的框架。”
Stacy Morford是哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站的前美联社记者和科学作家。本文由Nexus Media提供，这是一个报道气候、能源、政策、艺术和文化的联合新闻机构。
