南极古冰及其封存空气的最新分析，将地球气候记录向前推进至约300万年前。两项研究成果近日发表于《自然》，研究团队称，这一更长时间尺度的记录有助于完善对地球过去300万年气候变化的认识。

研究由美国国家科学基金会“最古老冰层探索中心”（COLDEX）牵头。该中心为全国性合作项目，总部设在俄勒冈州立大学，目标是在南极寻找并分析地球最古老的冰层样本。两篇论文分别由俄勒冈州立大学博士生Julia Marks-Peterson，以及时任普林斯顿大学博士后、现伍兹霍尔海洋研究所教授Sarah Shackleton领衔，所用样本来自近期在东南极冰盖边缘艾伦山脉发现的多百万年古冰档案。

研究人员指出，艾伦山脉的地理与冰流条件使来自南极内陆的冰层被“困”在大陆边缘山脉中，冰层在流动过程中发生变形，因此难以获得连续的时间序列记录。相较之下，这些样本更像是反映特定时期平均环境状况的“快照”。COLDEX主任、俄勒冈州立大学地球、海洋与大气科学学院古气候学家Ed Brook表示，这些“快照”将冰层气候记录延伸得比以往更远，同时也带来关于冰芯记录可追溯时间范围的新问题。

在海洋温度方面，Shackleton及其同事通过精确测量冰中封存空气里不同稀有气体的比例来追踪海洋温度变化。研究显示，过去300万年海洋平均温度下降约2至2.5摄氏度。研究团队称，尽管此前已有大量关于海洋表面温度的研究同样指向该时期降温，但新结果提示海洋表层与深海的降温节奏并不一致。

论文给出的例子是，海洋平均温度的大部分下降发生在较早阶段，自约300万年前开始并持续约一百万年，时间上与北半球冰盖开始形成相吻合；而表面温度的下降更为渐进，直到约100万年前仍在持续。研究人员在论文中提出，这种差异可能与表层和深海之间热量传递方式的变化有关。Shackleton表示，冰中稀有气体为观察海洋温度变化提供了不同于单点记录的方法，可带来更具全球性的视角。

在温室气体方面，Marks-Peterson及其合著者利用同一批冰芯样本，首次直接给出了过去300万年两种关键大气温室气体——二氧化碳与甲烷——的记录。研究数据显示，长期平均大气二氧化碳水平可能一直低于300ppm；约270万年前测得二氧化碳为250ppm，并在约100万年前前后缓慢下降约20ppm。甲烷的长期平均水平则维持在约500ppb。

研究团队提到，部分基于古沉积物化学的早期研究曾提出更高的二氧化碳估值，但相关结果并不一致。研究人员认为，这凸显了获取尽可能久远的冰芯直接证据的重要性。

论文同时引用美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的数据指出，现代二氧化碳与甲烷浓度在过去两个世纪显著上升，2025年二氧化碳平均为425ppm，甲烷平均为1935ppb。

两篇论文的结论之一是，过去300万年的长期降温过程中，温室气体变化之外，气候系统的其他组成部分也可能发挥了重要作用，包括地球反照率、植被和/或冰盖变化以及海洋环流等。Marks-Peterson表示，研究团队希望相关工作能细化对过去温暖气候的认识，并加深对地球系统不同要素相互作用的理解。

Brook称，这些发现也引出了新的研究问题，COLDEX的其他研究人员正在进一步调查。该中心研究人员近期在一根冰芯底部发现了最久可达600万年的冰样，目前正开发这些更古老样本的新数据。研究团队表示，新近完成的冰芯钻探预计将带来更多古冰样本，后续工作还包括探索验证二氧化碳重建的方法、分析冰芯中的其他气体，并研究古冰得以保存的条件，以帮助确定新的钻探目标。