冰冻圈：当冰巨人仍在保护我们

什么是冰冻圈？

冰冻圈的定义和组成

冰冻圈指水处于固态的地球表面集合。 海冰、冰盖、谷冰川、永久冻土和季节性雪：所有这些元素构成了气候学家所称的地球的"冰箱"。 这些冰巨人远非被动，它们与大气和海洋持续相互作用。 它们形成了一个效率惊人但脆弱的调节系统。 自20世纪初以来观察到的它们加速消失，是正在进行的气候失调最清晰的信号之一。

反照率，反射盾

冰冻圈最直接的功能依赖于反照率。 这个术语来自拉丁语albus（白色），测量表面反射太阳辐射的能力。 反照率通常在0.7到0.9之间，新鲜的冰和雪将接收到的太阳能的70%到90%送回太空。 相反，反照率约为0.1的暗色海洋吸收这种能量的90%。 随着冰的退缩，海冰让位于吸收热量的水，使极地地区变暖并加速融化。 这种自我维持的机制有一个名字：反照率-温度反馈。

热和海洋调节器的作用

海冰的形成和盐卤排放

除了简单的镜面效应外，冰盖和海冰直接影响全球海洋环流。 这个经常被忽视的现象却是根本性的。 海冰的形成排出液态水中所含的盐分，这一过程称为盐卤排放 （海水冻结时稠密盐水的释放）。 下层水变得更冷更咸，因此更稠密。 这种稠密的水下沉到深海，启动了海洋学家所称的热盐环流。

热盐环流和全球气候

这个巨大的海洋传送带在行星尺度上重新分配热量。 如果没有北大西洋和南极洲周围的冰形成，环流将受到干扰，对欧洲、北美和热带地区的气候产生重大影响。 根据当前的预测，由加速融冰引起的这个密度泵的减弱，可能在本21世纪末扰乱主要洋流。

当巨人融化时：对海平面的影响

海冰和陆地冰盖：不同的效应

冰巨人融化最切实的后果之一是海平面上升。 但要注意：并非所有的冰都一样。 海冰因为已经漂浮在水上，遵循阿基米德原理。 它的融化不会直接提高海洋水平。 是陆地冰盖的消失，如格陵兰和南极洲的冰盖，构成了真正的危险。

格陵兰、南极洲和GRACE卫星

格陵兰冰盖包含相当于7.4米潜在海平面上升的量。 南极冰盖更为广阔，包含近58米。 为了测量这些微小但全球性的变化，科学使用如GRACE（重力恢复和气候实验）这样的卫星。 这些卫星测量地球重力场的微小变化，与质量转移直接相关，特别是冰的融化。

下表比较了主要的陆地冰储库及其对海平面上升的潜在贡献。

注：
一吉吨（Gt）相当于十亿吨。 它代表一立方千米的水。 数值来自IPCC报告（2021-2023）和GRACE任务数据。

气候档案：读取过去的冰芯

冰中的化石气泡

冰巨人也是无与伦比的自然档案。 通过钻探格陵兰或南极冰盖，冰川学家提取包含数十万年来被困住的气泡的冰芯。 对这些气泡的分析揭示了大气的过去组成，特别是二氧化碳（CO₂）和甲烷（CH₄）等温室气体的浓度。

沃斯托克和EPICA：80万年的历史

最著名的结果之一来自南极洲的俄罗斯站沃斯托克。 1990年代钻探的冰芯使得重建超过42万年的气候历史成为可能，涵盖四个冰期-间冰期旋回。 这些数据显示了从水的同位素组成（\( \delta^{18}O \)）推断的温度与CO₂和CH₄水平之间的密切相关性。

EPICA项目（European Project for Ice Coring in Antarctica）将连续冰档案的视野推至80万年。 靠近穹顶C的最深冰层告诉我们一个大气从未超过280 ppm CO₂的世界。 然而，在2026年，我们超过了420 ppm，这是至少300万年来没有等效的值。 为了进一步追溯时间，科学家依靠其他档案（海洋沉积物、化石）。 这些揭示，必须追溯到约300万年前的中上新世，才能找到与今天一样高的CO₂水平。

注：
\( \delta^{18}O \)测量水（或冰）样品中重氧同位素（¹⁸O）与轻同位素（¹⁶O）比率的变化，相对于国际标准（通常为平均海水，记为SMOW，即Standard Mean Ocean Water）

临界点：当调节系统失控时

什么是临界点？

气候学家担心由数学模型中的分岔引起的临界点的激活。 它是一个阈值，超过它变化变得自我维持且在人类尺度上不可逆转（不归点）。 冰冻圈是这些机制中几个的核心。

• 北极的反照率效应：夏季海冰的消失（预计在2050年前）将用暗色海洋取代反射性冰，将北极变暖放大20%到40%。北极已经以全球平均速度的三到四倍变暖，这一现象称为北极放大。
• 南极冰川的崩溃：绰号为"末日冰川"的思韦茨冰川可能在几十年到几个世纪内解体，释放足以单独使海平面上升65厘米的冰量。它的崩溃随后将破坏整个西南极盆地，增加数米。
• 永久冻土的释放：永久冻结地面（永久冻土）的融化释放出大量的碳和甲烷，产生可怕的正面反馈。北半球永久冻土含有约1,500吉吨碳，几乎是目前大气中存在的两倍。

冰冻圈的临界阈值

科学界在一个点上达成一致：维持在+1.5 °C到+2.0 °C之间的变暖可能激活冰冻圈的几个临界点。 在当前本世纪末+2.7 °C的轨迹下，冰巨人将进入自我维持退化的状态，其后果将延伸到数千年。

保护冰巨人：人类的挑战

来自冰的信息

冰冻圈几十年来一直在向我们发送明确的信息。 南极冰芯包含我们星球的历史，但也包含最庄严的警告。 这些数百万年来调节全球气候的冰巨人，今天因我们的活动而变得脆弱。

在未来几年采取行动

冰巨人（极地冰盖、冰川、海冰）的命运直接取决于人类在非常近的未来（未来几年）所做的决定，而不是遥远的未来。