宇宙尘埃揭秘北极海冰3万年史：洞察未来气候变迁

科学家们近日发现了一种开创性的方法，通过追踪海洋沉积物中的宇宙尘埃，来重建数千年来北极海冰的历史。这一突破性发现为理解这个快速变化的极地地区在全球气温上升背景下将如何演变，提供了宝贵的见解。

这项于周四发表在《科学》杂志上的研究详细阐述了研究人员如何分析氦-3和钍-230同位素——这些示踪剂嵌在外星粒子中——从而揭示了过去3万年间海冰覆盖的模式。这项技术利用了一个简单的原理：海冰会阻碍宇宙尘埃沉降到海底，而开放水域则允许这些粒子沉入沉积物中。

新方法重构古代冰层模式

华盛顿大学海洋学助理教授弗兰基·帕维亚（Frankie Pavia）领导了这项研究，他考察了来自北冰洋三个不同地点的沉积物岩心，这些地点代表了现代海冰条件的梯度变化。研究结果显示，全年海冰覆盖的时期与沉积物中极少的宇宙尘埃含量相对应——这种模式在约2万年前的末次冰期也曾被观测到。随着地球开始变暖，宇宙尘埃再次出现在样本中，这预示着季节性开放水域的回归。

帕维亚形象地比喻道：“这就像大海捞针一样。”他解释说，尽管宇宙尘埃微量地散落各地，但地球本身的沉积物积累速度也相当快。

研究团队通过测量氦-3来区分宇宙粒子和地球碎片，氦-3是一种稀有同位素，在太阳风轰击太空中的尘埃颗粒时形成。同时，研究人员还追踪了钍-230作为对照，以确认氦水平的变化是由于冰动力学而非其他环境因素所致。

德国阿尔弗雷德·韦格纳研究所的海洋地球化学家沃尔特·盖伯特（Walter Geibert）虽未参与此项研究，但他称这种宇宙尘埃方法是一项创新性的进展。盖伯特表示：“它为理解北极引入了一种新工具，北极仍然是地球上最神秘的区域之一。”

对未来北极状况的启示

这项研究利用了1994年美国北极科学考察期间收集的沉积物岩心。通过对有孔虫壳进行化学分析，将海冰覆盖与营养物质的可用性联系起来，研究人员发现当海冰量较低时，营养物质的消耗达到峰值。这表明随着海冰的减少，生物生产力会增加，尽管其潜在机制仍有待阐明。

自1979年卫星监测启动以来，北极海冰已减少了42%以上。在2025年9月10日，北极海冰面积达到了年度最低值，为460万平方公里，与47年卫星记录中的第十低位持平。2025年3月，该地区记录了有史以来最低的海冰最大覆盖面积。目前，北极的变暖速度几乎是全球平均水平的四倍。

帕维亚指出：“如果能够预测未来海冰覆盖减少的时间和空间模式，将有助于理解全球变暖的趋势，预测食物网和渔业的变化，并为地缘政治的转变做好准备。”

马萨诸塞大学波士顿分校的助理教授、该研究的合著者杰西·法默（Jesse Farmer）贡献了古海洋学和氮循环方面的专业知识。其他合著者包括美国地质调查局的劳拉·格默里（Laura Gemery）和托马斯·M·克罗宁（Thomas M. Cronin），以及加州理工学院的乔纳森·特雷夫科恩（Jonathan Treffkorn）和肯尼思·A·法利（Kenneth A. Farley）。