【地球科學】為何大冰河時期來個沒完沒了

■ 長久以來人們都認為,地球環繞太陽的蛋形軌道,每隔十萬年就會規律性地拉長,跟大陸冰層的消長彼此呼應。這套說法經過種種挑戰仍然屹立不搖,但是光靠軌道變動本身的影響,實在不足以驅使冰層的消長。

編譯│高英哲

三十多年來,氣候研究者一直試著找出地球軌道的微小變化,如何得以驅動過去一百萬年來的重大氣候事件:大冰河時期。長久以來人們都認為,地球環繞太陽的蛋形軌道,每隔十萬年就會規律性地拉長,跟大陸冰層的消長彼此呼應。這套說法經過種種挑戰仍然屹立不搖,但是光靠軌道變動本身的影響,實在不足以驅使冰層消長。

如今有一隊研究者表示,他們做出了一個許多人都說是最好的冰河時期電腦模型,可以給我們答案。研究者證實這個每十萬年一次的循環,會增強另一個軌道循環的效應:地球每隔兩萬三千年,自轉軸就會搖擺一圈。這個新模型也指出每當時候到了,北美冰層的質量就會突然人間蒸發。加拿大卡加利大學氣候研究學者尚恩.馬歇爾 (Shawn Marshall) 說:「他們用這個新模型解釋全球冰河循環,做到了先前研究無法掌握住的許多事實,還蠻有說服力的。」

東京大學古氣候模型學家阿部彩子 (Ayako Abe-Ouchi) 等人,在八月初的《自然》期刊上發表研究成果,將這種用來預測全球暖化的全面性全球氣候模型,跟相當複雜的北半球冰層模型,用一種間接的方式串聯起來。他們把因為地球軌道變化而造成的全球陽光分佈變化資料,以及隨著冰河時期來來去去,記錄在冰核裡的大氣二氧化碳溫室氣體變化情況,一起輸進氣候模型裡,然後把產生變化的氣候資料,輸入冰層模型裡。

這兩個模型結合起來算出的結果,跟真實的冰層變化情況比較過後,顯得相當精確。模擬出來的冰層成長地區以及速率,跟真實的冰層相當接近。冰層會在幾萬年的時間裡,緩慢擴張到跟過去曾經出現過一樣大的體積,然後大約每隔十萬年,就會在幾千年內冰消瓦解。「冰層消長自行其是,在模型中沒有受到不自然的氣候強迫作用,或是過於簡化的氣候過程影響。」發表於《自然》期刊的論文作者之一,美國紐約拉蒙特多赫提地球觀測站 (Lamont-Doherty Earth Observatory) 的古氣候學家莫林.雷莫 (Maureen Raymo) 說。阿部彩子在電子郵件中寫道,還需要做進一步研究,不過「我當然很有信心,覺得研究結果一定沒問題。」

這個模型的預測結果成功,使得阿部彩子等人得以指明他們認為是真實冰河循環關鍵的兩大氣候過程。其中之一是兩萬三千年與十萬年循環之間的關聯性:在這十萬年間,冰層幾乎都使得在夏季時候,射入北半球高緯度地區的太陽能保持夠低,讓冬天的積雪經過夏日加熱後還能留存下來,繼續堆積在冰層上。但是每隔一段時間,使冰層增厚的十萬年循環,就會跟地球自轉軸的兩萬三千年循環結合起來,導致北半球高緯度地區的夏季溫度上升。

這時候另一項關鍵因素就會起作用了:從東岸延伸到西岸,向南延伸到芝加哥的廣大北美冰層。由於冰層到了那麼南邊的地方,當這兩個軌道循環一同導致北半球夏季增溫時,冰層就開始沿著邊緣消融。

不過冰層的巨大重量,同時也會把自己往堅硬的地表向下壓個一公里多,因此冰層會往一個大洞裡頭消融得愈來愈深,而深處的大氣則會變得更加溫暖。論文作者表示,這個暖化回饋效應是冰層在這個模型裡,融化得如此迅速的主因。

「這真的算是截至目前最佳的進展,因為研究者使用的是更具有涵蓋性的模型。」美國賓州州立大學古氣候模型學家大衛.波拉德 (David Pollard) 說。下一步則是要在錯綜複雜的氣候與冰層模型之間,建立起一個直接的互動關聯性,「不過這得要等電腦的運算能力更上層樓才行。」

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報導出處:HOW TO MAKE A GREAT ICE AGE, AGAIN AND AGAIN AND AGAIN

責任編輯:Nita Hsu

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