自 1979 年衛星開始提供一致的測量以來，北極海冰已經縮小了 42% 以上。隨著剩餘的冰變薄和消退，更開闊的海洋暴露在陽光下。冰通過反射陽光幫助地球降溫，但顏色較深的海水會吸收熱量，從而加速變暖並導致更大的冰損失。氣候預測表明，北極可能在未來幾十年內經歷無冰夏季，科學家們仍在努力了解這種變化可能如何影響生態系統和人類社會。
多年來，科學家們已經知道，來自太空的細顆粒不斷落到地球上並積聚在海洋沉積物中。 11 月 6 日發表的一項研究 科學 確定這種宇宙塵埃出現和不存在的位置可以提供有關海冰覆蓋數千年來如何變化的線索。
領導這項研究的華盛頓大學海洋學助理教授弗蘭基·帕維亞說：“預測未來冰蓋減少的時間和空間模式將有助於我們了解變暖，預測食物網和漁業的變化，並幫助我們為地緣政治變化做好準備。”
宇宙塵埃如何幫助追踪古老的冰
宇宙塵埃是恆星爆炸或彗星分裂時產生的，其中大部分在靠近太陽後含有一種罕見的氦氣，稱為氦 3。研究人員通過測量氦 3 來區分宇宙塵埃和地球形成物質。
“這就像尋找一根針，”帕維亞說。 “你把這一微量的宇宙塵埃拋得到處都是，但你也很快積累了地球沉積物。”
然而，在這個項目中，帕維亞更關注沒有出現灰塵的地方。
“在最後一個冰河時期，北極沉積物中幾乎沒有宇宙塵埃，”他說。
重建 3 萬年的北極海冰
研究小組提出，宇宙塵埃可以作為衛星測量冰的代理。當海面被冰覆蓋時，灰塵無法沉積在海底，但開放的水域允許其到達沉積物。通過測量在北極三個地點收集的沉積物岩心中宇宙塵埃的數量，研究人員重現了過去 3 萬年海冰的歷史。
帕維亞說，這三個研究地點“覆蓋了現代冰蓋的梯度”。北極附近的一個地區全年都被冰覆蓋。第二個是在 9 月份接近冰層季節性邊緣的地方，第三個在 1980 年被冰覆蓋，但現在處於冰冷狀態。
研究小組發現，永久冰覆蓋的時期與沈積物中宇宙塵埃很少的時期同時發生。大約 20,000 年前的最後一個冰河時期就是如此。隨著地球後來變暖，宇宙塵埃開始重新出現在沉積物樣本中。
將冰的變化與養分利用聯繫起來
研究人員還將重建的冰記錄與營養物質可用性數據進行了比較。他們發現，當海冰水平較低時，養分消耗最高，並隨著冰蓋的增加而減少。
養分循環數據來自曾經居住有有孔蟲和消化氮生物的微小貝殼。它們的殼中保存的化學特徵顯示了這些生物體在活著時消耗了多少可用的營養物質。
帕維亞說：“隨著未來冰層的縮小，我們預計浮游植物將增加北極的食物消耗，這對食物網產生影響。”
是什麼原因導致營養成分發生變化？
需要做更多的工作來了解為什麼食物的使用會隨著冰層消退而發生變化。一種可能性是，更少的冰會導致地表更多的光合作用，從而增加養分的吸收。另一個想法是融化的冰會稀釋水中營養物質的濃度。
這兩種想法都可能表現為更高的營養消耗，但只有第一種才表明海洋生產力的提高。
合著者包括馬薩諸塞大學波士頓分校的 Jesse R. Farmer；美國地質調查局的 Laura Gemery 和 Thomas M. Cronin；以及加州理工學院的 Jonathan Treffkorn 和 Kenneth A. Farley。
這項研究得到了國家科學基金會以及福斯特和可可·斯坦巴克博士後獎學金的支持。
