研究称海冰释盐或增强反照率反馈,推动地球在约7.2亿年前走向“雪球地球”

地质记录显示,地球在约7.2亿至6.35亿年前经历了其历史上最极端的气候阶段之一。地质学家将这一时期称为“雪球地球”,其特征是冰盖从两极扩展至低纬度地区,几乎覆盖全球海洋与大陆。相关证据来自世界多地岩层中保存的低纬度古冰川痕迹,表明当时冰层覆盖范围远超现代极地。

长期以来,科学界主要用“冰—反照率反馈”解释这种深度降温如何被锁定并强化:雪与冰能反射大量太阳辐射,覆盖范围扩大将进一步降低吸收的能量,从而促使更多结冰,形成正反馈。

不过,发表在《Climate of the Past》上的一项新研究将目光投向另一种可能被忽视的机制——海冰释放盐分后对反照率的影响。研究作者指出,在海冰形成过程中,海水中的盐分不会完全进入冰晶结构,大部分会被排挤出来,部分盐分则以盐水囊形式被困在冰中。在极冷、干燥条件下,这些盐分可能结晶并从冰中沉淀。

研究认为,在“雪球地球”早期阶段,广阔的裸露海冰可能直接暴露于大气中。随着海冰发生升华(即从固态直接转为水蒸气而不经融化),原本被困在冰内的盐分会残留在表面,形成明亮的白色盐晶层。作者提出,这种盐壳可能在原本已较高的反照率基础上进一步提高地表反射能力,从而增强降温效应,构成新的正反馈:反射更多阳光意味着更少增温,进而促使更多冰与盐在冰冻表面累积。

为评估该效应的潜在影响,挪威北极大学(UiT)研究人员构建了一个纳入“盐—反照率反馈”的简化气候模型。模拟结果显示,一旦该过程启动,可能会强化“雪球地球”事件早期已出现的降温趋势。研究团队据此认为,盐分沉淀带来的反照率提升可能在地球走向更深度冰冻的过程中起到“加速”作用。

模型还显示,在引入盐反馈的情景下,气候系统要回到较暖状态所需的升温幅度更大,意味着这种机制可能使全球冰冻状态更难以解除。

研究同时指出,海洋盐度本身会影响海水密度、环流与热量输送,并可通过这些过程反馈到气候系统。此前已有研究提出,盐度差异可能改变行星进入或退出“雪球状态”的难易程度。实验室与实地观测也显示,含盐冰的反照率可能高于普通冰雪,但相关效应尚未被广泛纳入全球气候模型,尤其是在用于研究远古气候的模拟中。

作者强调,这项工作仍属初步模型研究。目前尚不确定在“雪球地球”时期是否会形成并长期维持大规模盐分表面沉积物;同时,仍需更复杂的气候模型进一步检验在云、风场与海冰动力学等过程共同作用下,该反馈机制的强度与持续性。

科学界普遍认为,“雪球地球”并非孤立事件,新元古代(约10亿至5.38亿年前)可能发生过多次全球尺度的强烈气候波动。研究人员表示,“盐—反照率反馈”并不取代经典的“冰—反照率反馈”,而是为理解行星进入或退出全球冰冻状态的过程提供了新的可能因素。

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