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百萬年前冰期周期改變 或由洋流活動改變、冰川變厚引起

2018/8/23 — 17:34

資料圖片,圖片來源:nasa

資料圖片,圖片來源:nasa

地球曾經每 40,000 年出現一次冰期,但卻在在一百萬年前,此周期出現改變:地球每 10 萬年才出現一次冰河期。當中原因一直引起地質學家注意,而原因可能是由冰川所致。研究上周於哥德史密特學術會議中公佈,暫未接受同儕評審。

科學家一直知道冰期出現與否,是由米蘭科維奇循環 (Milankovitch cycles) 影響。冰期周期在約 100 萬年前突然改變,科學家普遍稱此改變後的時期為「第四紀大冰期」,北大西洋的溫暖洋流也同時變慢。可是,米蘭科維奇循環卻與當時的冰期周期改變無關。

哥倫比亞大學海洋地質化學家 Steve Goldstein 的研究團隊認為,真正導致周期轉變的,可能是由即將崩潰的大西洋環流 (Atlantic meridional overturning circulation, AMOC) 引起。 AMOC 是全球洋流循環系統的一部份,當接近赤道較暖水流經過墨西哥灣暖流 (Gulf Stream) 進入北大西洋,並流往高緯度極地時,海洋表面水流說更會被冷風冷卻,形成海陸乾濕溫差。此現象能蒸發水分子,相對使海水鹽度上升,而海水密度也會增加和下沉。高密度海水再會從海盆南下至其他暖洋加熱循環。每一次循環規時約 1,600 年,此過程不但會將熱能傳送,還可運送地球固態及氣體資源,對西歐地區以及全球溫度管理十分重要。

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為找出 AMOC 對冰期有何影響,研究人員透過了解岩石中的兩種釹 (Neodymium) 同位素比例。較古老的岩石同位素比例會呈負數,而較年輕岩石同位素則偏向正數——北大西洋主要被古老岩石所包圍,而太平洋岩石就較年輕。這類釹同位素更會與有孔蟲門動物 (foraminifera) 外殻,或魚類牙齒結合,在海床中累積。由此,科學家可判斷到岩石被北大西洋還是太平洋海水衝擊著,以及測試 AMOC 的強度。

研究人員就在約十年前,嘗試以此方法,測試南大西洋兩個沉積岩核心。他們發現在 950,000 年前,同位素訊號大幅上升,反映大量太平洋海水湧入,而同時未有足夠北大西洋海水流入,而 AMOC 減弱。研究人員認為,AMOC 減慢可能急速冷卻北大西洋地區,並延長冰河期周期。在最新研究中, Goldstein 等人再以此方法測量另外 5 個海洋核心,同樣發現類似的 AMOC 減弱現象。其中兩個北大西洋樣本,發現引致 AMOC 的原因。

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他們發現 AMOC 減弱前,釹比例大幅偏向負數,顯示北大西洋海水突然停止湧入。他們相信俄勒岡州大學冰川學者 Peter Clark 提出的假說,可解釋此現象。該假說認為北部冰層已完全沉降至床岩。研究人員指出,由於冰川可停留在岩床之上,使其變得越來越厚。變厚的冰川引致降溫時間增長,而 AMOC 也開始減弱,令冰河循環年期增加。
此類數據均顯示 AMOC 的改變,有機會與冰河周期變動相關。

卡迪夫大學古氣候學家 Henrieka Detlef 就指,現時尚未有確實證據顯示北部冰層在 AMOC 減慢前增厚,但相信北大西洋曾有重大氣候事件發生,導致 AMOC 減弱。不過,此些發現仍未可確認冰河周期改變只會由 AMOC 及冰川引起,也曾有科學家提出二氧化碳減少,也有機會導致一種浮游生物大幅增加,影響冰河周期。 

參考資料:
Science, Seafloor cores suggest sticky, thick glaciers caused mysterious shift in ice age rhythms, 22 August 2018

文/Edward Ho 、審核/Alan Chiu 

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