在格陵兰最北端，一项针对极北地区洞穴矿物的研究揭开了高纬度北极在数百万年前一段鲜为人知的“高温往事”。当时该地区经历过显著的气候温暖期，并有地表水自由流动。数据显示，中新世晚期的年平均气温比如今高出约25℉（约14℃），这为探究北极地区长期气候演变提供了关键证据。
这些洞穴矿物形成于约950万至530万年前的中新世晚期的温暖阶段。经过深入分析样本发现，气候温暖期之间曾出现多次短暂的小规模冰川波动，这显示出北极地区对气候变化的响应极为迅速，能够在相对较短的时间内实现不同气候状态之间的快速转换。
洞穴位置
格陵兰洞穴中的气候记录
这项研究由奥地利因斯布鲁克大学（University of Innsbruck）的吉娜·E·莫斯利（Gina E. Moseley）领导完成。相关研究《晚中新世北极温暖期及陆地气候在北格陵兰洞穴沉积物中的记录》已发表在《自然·地球科学》（Nature Geoscience）杂志上。研究显示，晚中新世全球偏暖，二氧化碳浓度覆盖当前及未来预测值，为现代气候研究提供重要参考。研究还通过东格陵兰石笋记录，发现东格陵兰10-5Ma间多年冻土消失期，反映了轨道周期对区域气候的影响，并记录了局部短暂的小规模冰川活动。
格陵兰洞穴中的方解石层，其形成条件要求未冻结的液态水必须能持续渗透至地下空间。这一现象表明，在矿物沉积形成期间，该区域完全不存在永久冻土，即指连续冻结两年或以上的地下土层。一旦永久冻土消失，水方能重新渗入地下，参与洞穴沉积的形成。
研究记录揭示出多个温暖湿润的气候阶段，每一阶段都随着气温下降以及小型冰川的出现而终结。这是一份极为珍贵的高纬度陆地气候档案，与长期以来在海洋岩芯观测中所得到的结果高度吻合。
研究人员发现，洞穴沉积物的形成期与两个条件高度吻合：一是格陵兰附近海域的海水温度升高，二是大气二氧化碳浓度达到或超过 310 ppm——这一水平虽不算极高，却足以促使北极地区解冻并出现液态水。研究团队报告指出，冰雪融化和液态水流动的现象与大气二氧化碳浓度达到或超过310ppm（标准浓度指标）的情况同时发生。
石头上的气候读物
洞穴沉积层中封存的氧同位素和碳同位素能够反映古温度与湿度的变化，而融水从地表带入的微量元素则提供了关于尘埃来源、土壤活动以及局部冰川短暂扩张的重要线索。
洞穴内部
一位研究人员认为每个洞穴都有其独特的个性，这强调了这些隐秘环境的独特性和不可预测性。他们指出，没有两座洞穴会以完全相同的方式讲述历史，而每座洞穴都保存着地球气候变迁的独特印记。这里的气候特征就好似一本断断续续的日记，陆续记录着温暖期、湿润期以及短暂寒潮的片段。
洞穴的化学成分显示，生长期间洞穴上方存在土壤与植被，这意味着当时的夏季不仅温暖，而且持续时间足够长，从而可以支撑植物的生长。矿物层中与海洋气溶胶相关的钠元素还保留了海冰变化的信号。这些变化与地球轨道周期，尤其是与黄赤交角（地球自转轴的倾斜角度）的周期高度同步，换而言之，当海洋热量分布和日照格局发生调整时，北极的陆地环境几乎立刻作出回应。
推动北极进入解冻期
该档案中的关键阈值并非极端值。当大气二氧化碳浓度达到或超过310ppm时，就会出现无永久冻土的时期，而且当时的海温也比现在略高。这一点尤为关键，因为当前全球碳含量已远远高于这一历史最低值。一旦冻土融化，碳的释放过程在百年时间内几乎是不可逆的。
一项基础性的研究《气候变化和永久冻土碳反馈》显示，北半球永久冻土区储存约1.1–1.5万亿吨有机碳，其储量与现今大气中的碳总量相当。当冻土解冻时，微生物会将这些长期储存的有机物转化为二氧化碳和甲烷，这些温室气体的释放会进一步加剧气候变暖，而气候变暖又反过来加速冻土融化。这种正反馈机制一旦启动，往往难以自行停止。
冰川的出现和消退
在气候温暖期之间，洞穴生长暂时停滞。与岩粉相关的地球化学峰值表明，短暂的局部冰川作用阻断了滴水，使水无法进入洞穴。当气候再次转暖，方解石重新开始沉积，有时会带有一层薄薄的白色层，这便是新鲜融水进入的标志。
格陵兰冰
这种间歇性的沉积特征，揭示了高纬度生态系统如何随着海洋热量和日照模式的变化而迅速转换。这种闪烁般的变化与由轨道周期驱动的气候变化相契合。在晚中新世的部分时期，时间线索显示北极与南极的气候甚至一度失去同步，直到后来才恢复到更加协调的节奏。
二氧化碳、冻土与人类社会
如今的二氧化碳浓度已经超过了晚中新世时期与北极冰川融化相关的阈值。这意味着，气温的微小上升就可能让北极跨越实际的临界点，引发不可逆的变化。然而，这不仅仅关乎北方地区，因为永久冻土带广泛分布于道路、管道和乡村社区之下，其潜在的碳排放已成为影响全球变暖目标的重要变量，同时也是全球碳预算的一部分。此外，研究记录还表明，陆地与海洋之间存在紧密的联系。当邻近海域的温度升高几度时，洞穴上方的地表温度也会随之上升，从而使液态水重新渗入岩石。
来自格陵兰洞穴的启示
对其他北极遗址的洞穴地层进行更精确的年代测定，将有助于缩小时间范围，并明确关键气候阈值。更多的陆地记录将帮助判断310 ppm这一数值是整个区域的最低临界值，还是仅代表局部地区的特征。在此基础上，可以将气候模型与过去类似当前温暖期的观测结果进行比对。当陆地和海洋的响应保持一致时，这种交叉验证的效果最佳，而目前的记录正好符合这一条件。
这座洞穴将格陵兰隐秘角落转化为清晰讯息：在二氧化碳浓度适中的情况下，过去的温暖期便足以点燃冰川融化的导火索，而引发这一变化的条件其实并不苛刻。这表明，即使在相对温和的二氧化碳浓度下，北极也可能发生显著解冻，提示当前气候变暖可能触发类似过程。
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文字翻译 | 23级文传学院 王华清 24级英文学院 黄佳怡
编辑 | 23级文传学院 王华清
