即将到来的冰河时代：动物物种将在何处寻找庇护所？

下一个冰河时期陆地和海洋避难所的前瞻性地图 — 5万年后，地球将在冰川推进、苔原扩展、野生动植物的最后避难所以及仍然肥沃的海洋中呈现出怎样的面貌？
图片来源：astronoo.com （新窗口）

科学摘要

“下一个冰河时期何时开始？”这一问题与米兰科维奇循环有关：如果没有人类影响，新的冰河时期本应在~1万至1.1万年前开始。然而，人为CO₂的增加将这一阈值推迟至~5万年或更久。当前的气候阻止了夏季积雪的累积，而这是冰盖增长的必要条件。

目前，只有少数地区真正不适合居住（南极洲、撒哈拉沙漠中部、格陵兰岛内陆、高海拔山脉等）。可居住土地占陆地总面积的约1.35亿平方公里（总陆地面积约1.49亿平方公里）。基于末次冰盛期（LGM，约2.1万年前），可以识别出下一个冰河时期生物多样性的可行生存空间。 陆地避难所主要位于南部温带地区（地中海盆地、南部非洲、澳大利亚、南美洲）、湿润热带地区以及浮出水面的大陆架（白令吉亚、巽他陆架）。

下一个冰河时期的生物避难所在哪里？

在~5万年后，如果米兰科维奇的自然循环重新开始，地球将经历一个与末次冰盛期相似的新冰河时期。 冰川覆盖区域将覆盖加拿大、美国北部、斯堪的纳维亚和阿尔卑斯山脉。 陆地生命将集中在避难所中：地中海盆地、撒哈拉以南非洲、东南亚、白令吉亚以及南半球的沿海地区。海洋将在海洋冰川峡湾和沿海上升流区域保持生物生产力，因为深层营养物质会上升至表层。 纬度迁移、生理适应和生态系统韧性将是生存的关键，但人类活动的足迹（栖息地破碎化、污染、变暖）可能会深刻改变这些避难所及物种在其中定居的能力。

冰河期的周期

地球的气候史由冰期与间冰期的交替主导，其主要触发因素是天文因素。 米兰科维奇循环描述了地球接收到的太阳辐射的周期性变化，这是三个轨道参数共同作用的结果：地球轨道的离心率（约10万年的周期）、自转轴的倾斜度（约4.1万年的周期）以及岁差（约1.9万至2.3万年的周期）。这些变化改变了太阳能在季节和纬度上的分布，直接影响冰盖的形成和融化。当北半球的夏季足够寒冷，使得积雪不会完全融化时，积雪会累积并压实成冰，从而开始一个冰河时期。

冰河期的特点是极地和大陆冰盖的大规模扩张（大陆冰盖）、海平面下降约120米（由于水以冰的形式被锁定）、 全球平均气温下降4至8摄氏度，以及海洋环流的深刻改变，特别是大西洋经向翻转环流（AMOC）。这些变化迫使物种适应或迁移。

下一个冰河时期可居住土地的估算

基于当前可居住土地的面积（约1.35亿平方公里）以及未来冰河时期大陆冰盖和冰缘区域可能扩张的情况，可以估算出可居住土地的面积将为约1亿至1.1亿平方公里（相比当前情况减少约20%至40%）。

地球近期历史上的主要冰河期

第四纪主要冰河期的年表（海洋同位素阶段）
时代/冰河期名称	大致时间范围	严重冰川覆盖的地区	科学备注
末次冰盛期（LGM）	~2.6万 – 1.9万年前	劳伦泰德（北美洲）、芬诺斯堪的亚（北欧）、阿尔卑斯和安第斯冰盖	上一个第四纪冰河期的顶峰；海平面比现在低约120米，欧亚大陆有广阔的寒冷草原。
倒数第二冰期（MIS 6）	~19万 – 13万年前	北美洲、北欧、格陵兰、南极洲	Eem间冰期前的重要冰河期；冰盖广阔但配置与LGM不同。
MIS 8冰期	~30万 – 25万年前	北半球高纬度地区和南极洲	海洋同位素记录中的显著寒冷期；与较温暖的间冰期交替出现。
MIS 10冰期	~37万 – 33万年前	北美和欧亚冰盖、南极洲	中更新世的深度冰河期，在海洋沉积物岩心中清晰可见。
MIS 12冰期	~48万 – 43万年前	北半球（大陆冰盖）、南极洲	第四纪最强烈的冰河期之一，北半球冰盖达到最大扩张。
MIS 16冰期	~65万 – 62万年前	北部高纬度地区和南极洲	第四纪的古老冰河期，主要通过海洋中氧同位素的变化识别。

5万年后的预测：可行的陆地区域

在“自然”气候情景下，下一个冰河时期应从~3万年开始加剧，并在5万年左右达到顶峰。古气候模型表明其配置与LGM相似，但由于当前大陆配置和人为变暖遗产的不同而存在差异。

未被冰川覆盖的温带区域

北半球中纬度地区（30°至50°）将部分保持无冰状态。在南欧（伊比利亚半岛、意大利半岛和巴尔干半岛）以及地中海盆地周围，寒冷草原或北方森林的条件将占主导地位，但在高海拔地区将有更湿润的避难所。在南亚，喜马拉雅山脉和青藏高原将提供高海拔避难所，而恒河平原可能保持相对温和。

热带地区

热带地区（中美洲、亚马逊盆地、中非、东南亚）将是热稳定性最高的地区之一，尽管它们将经历显著的干旱以及湿润森林向稀树草原和疏林的退化。 亚马逊雨林将收缩至避难所，而非洲稀树草原将扩张。 热带山区（安第斯山脉、乞力马扎罗山、新几内亚）将在高海拔物种的避难所中发挥关键作用。

浮出水面的大陆架

海平面下降（~120米）将暴露出广阔的领土。在亚洲，巽他陆架将连接巽他群岛与马来半岛，形成一个巨大的稀树草原和疏林空间，成为许多亚洲物种的避难所。 白令吉亚将重新出现，为亚洲与北美洲之间提供一条走廊。同样，澳大利亚大陆架（萨胡尔）将连接澳大利亚、塔斯马尼亚和新几内亚。

寒冷沙漠和冰缘草原

在冰盖周围将形成一条宽阔的冰缘草原（类似于白令吉亚的猛犸草原）和寒冷沙漠（黄土）带，覆盖中欧、西伯利亚和北美平原的大部分地区。这些环境虽然树木稀少，但在草本和禾本科植物方面极其丰富，支持着大型草食动物的巨型动物群。这些草原的最南端区域（例如匈牙利、乌克兰、美国大平原）将构成大型哺乳动物的避难所。

尽管气候变冷，仍适合居住的海洋栖息地

海洋将经历重大变化：海平面下降、洋流改变、表层水变冷、海冰扩张。然而，某些区域仍将保持生物活性。

海平面下降和新陆地

大陆架的暴露将减少陆缘海（例如南中国海、北海）的面积，但将创造出新的富含营养物质的沿海栖息地和泻湖。

海洋生产力的转移

海洋初级生产力（浮游植物）将集中在上升流区域（富含营养物质的深层水上升），主要位于大陆西海岸（加利福尼亚、秘鲁、摩洛哥、纳米比亚）和南大洋。冰河期由于信风增强而促进上升流。

海流的作用

AMOC的变化（减速或部分停止）将减少向北大西洋的热量输送，使欧洲水域变冷并限制北方海域的生产力。然而，由海洋冰川（直接注入海洋）供给的峡湾可能成为高生产力区域。实际上，海洋冰川的融水羽流会引发局部上升流（富含营养物质的深层水上升），从而支持高初级生产力，这在格陵兰已被观察到。这种现象被称为“海洋冰川的肥沃化效应”。

生物活跃的海洋区域

因此，仍将保持生产力的海洋区域包括：

沿海上升流区域（全年生产力）。
海洋冰川峡湾（例如格陵兰、巴塔哥尼亚、斯瓦尔巴群岛），营养物质的输入维持着夏季浮游植物繁盛。
季节性冰架（南极、北极），富含海冰，海冰上生长着硅藻和磷虾群落。
海山和水下平台（例如暴露的北海Dogger Bank），混合和营养物质区域。

对生物物种的影响和生存策略

物种对下一个冰河期的反应将部分重复LGM期间观察到的模式，但在一个由人类影响标记的新背景下。

生存策略

纬度迁移：温带地区的物种将向南（北半球）或向北（南半球）迁移。树木和森林可能向赤道方向迁移数百公里。
生理适应：一些物种将发展出耐寒表型（形态、代谢、抗冻保护）。小型哺乳动物（例如北极地松鼠）可能通过冬眠生存。
向避难所扩张：气候避难所将成为生物多样性集中的区域，物种间的相互作用将加强。

脆弱物种和有韧性的物种

脆弱物种：扩散能力弱的物种（重种子植物、爬行动物、两栖动物）、寒冷栖息地专家但可能被困的物种（例如无高海拔避难所的山地物种）以及如果破碎化严重的大型热带森林物种。
有韧性的物种：通才物种（例如乌鸦、老鼠、狐狸）、草原草食动物（野牛、马、骆驼）以及具有耐受阶段（囊肿、孢子）的海洋浮游生物。

在冰河世界中，人类将居住在哪里？

与野生物种不同，人类将不仅依赖自然气候避难所：技术、农业和社会组织将提供额外的回旋余地。然而，物理限制仍然是决定性的，特别是对可耕地、淡水和能源的获取。

最适合人类定居的地区将在很大程度上与已识别的生物多样性避难所重合（地中海盆地、南亚、撒哈拉以南非洲、中美洲），位于纬度20°至45°之间。这已经是末次冰盛期观察到的模式，人类考古遗址精确地集中在这些区域。当前的主要粮食平原（北美洲、北欧）将变成不适合耕种的冰缘草原，而新的可耕地将出现在由于海平面下降（~120米）而暴露的大陆架上。

这一情景仍受技术条件限制，技术可能允许占领比估计的更大的区域。

未来冰河期中决定人类可居住性的因素
因素	冰河期中的影响	对人类定居的影响
平均气温	下降4至8°C	可居住区向中纬度和热带地区收缩
海平面	下降约120米	新的沿海土地暴露，当前港口过时
降水	区域性重新分配（根据区域干旱或湿润化）	农业区迁移，新的内陆湖泊出现
大陆冰盖范围	扩张至北美洲和北欧	放弃当前北半球人口最密集的地区
能源和技术资源	无与气候直接相关的变化	允许在气候边缘区定居，前提是能稳定获得资源

世界各地区的前瞻性文本制图

如果冰河期发生，地球在~5万年后的配置可以描述如下：

下一个冰河期中的区域类别
类别	相关地区	特征
冰川覆盖区域	加拿大、美国北部、格陵兰、斯堪的纳维亚、冰岛、阿尔卑斯、乌拉尔、巴塔哥尼亚、南极洲（扩张）	厚冰盖（数公里），几乎没有生命，一些裸露的避难所（冰原岛峰）。
冰缘区域（寒冷草原、黄土沙漠）	中欧（德国、波兰、西俄罗斯）、美国平原（中西部）、南西伯利亚、中国北部、阿根廷（潘帕斯）	开阔景观，以禾本科植物和草本植物为主，有冻土，风力活动强烈（黄土沉积）。
陆地生物避难所	地中海盆地、伊比利亚半岛、意大利、巴尔干、东非、南部非洲、东南亚（巽他陆架）、中美洲、安第斯、喜马拉雅、白令吉亚、塔斯马尼亚、新西兰、加利福尼亚沿海	温带混交林、湿润稀树草原、湿润热带森林（低海拔地区）、有微气候的山区、巨型动物的避难所。
生产力海洋区域	沿海上升流（加利福尼亚、秘鲁、摩洛哥、纳米比亚、塞内加尔）、格陵兰和巴塔哥尼亚的峡湾、白令海、南极冰架、暴露的北海Dogger Bank	深层水上升、营养物质输入、浮游植物繁盛、丰富的海洋食物链（鱼类、海洋哺乳动物、鸟类）。

结论：冰河世界中生命的未来如何？

如果下一个冰河时期到来，它并不意味着地球上生命的终结，而是生命存在的重大重新分布。在大约5万年后，人类可能会适应并舒适地生活在一个冰河世界中，这要归功于今天难以想象的技术。丰富的能源（核聚变、地热）、可控制的栖息地（圆顶或地下结构）、不依赖气候的农业、先进的生物技术以及用于物流的AI辅助机器人，可能将这个冰冻的世界转变为一个寒冷但完全适合居住、甚至有利于人类繁荣的环境。