巴恩斯冰帽位于加拿大北极地区巴芬岛的中央高原上。它是劳伦泰德冰盖的最后残余部分，而劳伦泰德冰盖曾是更新世最大的冰盖，在其巅峰时期将加拿大大部分地区覆盖在厚达两英里的冰层之下，并锁住了约80米的海平面高度。如今，这一冰盖残片提供了直接的物理证据，表明数千年前冰盖可能曾一度逆转其退缩趋势，重新开始扩张。
在近期发表于《科学》杂志的一项研究中，研究人员指出，劳伦泰德冰盖大约在3600年前缩小到最小规模，随后在大约2000年前开始重新扩张，研究团队将这一现象解读为下一次冰期的开端。看起来，这场崭新的冰期本应持续发展，直到约1960年，人类引发的气候变暖才扭转了这一进程。
冻结在基岩上
“巴恩斯冰帽是劳伦泰德冰盖众多冰穹中唯一残存的部分，”哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站的地质学家、该研究的主要作者尼古拉斯·杨说。随着这个庞大的冰穹在全新世不断变薄，其边缘逐渐退缩到巴芬岛上，而今天留下的，正是当年厚达两英里的冰体所剩下的“瘪陷”核心。杨解释说，巴恩斯冰帽之所以能够为自身历史留下证据，关键在于它基底的温度。
大多数冰川属于“暖基型”，意味着基底存在融水，这使冰体能够滑动，而滑动的冰会磨碎其下方的一切，从而抹去历史痕迹。相比之下，巴恩斯冰帽属于“冷基型”，直接冻结在基岩上，因此不会发生滑动。
“如果你所在的地方遇到结冰天气，你得去刮挡风玻璃上的冰——那层贴在车窗上的冰，就是冷基冰运作方式的一个很好例子。它基本上就是粘在所覆盖的物体上，”杨说。
这种被“粘住”的冰并不会侵蚀地表，反而将其完整保存下来。当劳伦泰德冰盖在高原上退缩时，苔原植物开始在新裸露的地面上生长。而当冰层后来再次扩张时，它直接将这些植物覆盖并封存原地，使其在两千年间保持完整。为了精确确定这一转折发生的时间点，杨的团队采用了两种独立的测年方法。
岩石与植物
第一种方法通过测量铍-10同位素含量来实现。这种同位素会在暴露于天空下的岩石表层几厘米处不断积累。通过对巨石上表面进行采样并计算铍含量，研究人员可以推算该表面暴露了多长时间。这项技术为冰盖的退缩过程确定了时间。结果显示，劳伦泰德冰盖在3600年前已退缩至接近当今冰盖边界的位置，并可能在约3000年前进一步缩小。
第二种测年方法着眼于已死亡的植物。“当时有许多植物在生长，就像今天一样。其中包括一些扎根在地面上的小型苔藓，”杨说。“它们就在那里生长，过着自己的‘生活’，而最终劳伦泰德冰盖开始重新扩张。当冰盖边缘覆盖这些苔藓时，它们就被直接‘杀死’了。”
通过对苔藓遗存进行放射性碳测年，研究团队能够确定其死亡的确切时刻，这就是冰川学家所称的“死亡日期”——即冰体到达该地点的时间点。通过将不同地点采集的多个苔藓死亡日期串联起来，科学家们重建出一幅冰盖边缘不断推进的地图。
研究团队约70%的放射性碳测年数据集中在公元1800年前后，正值小冰期的顶峰时期。“这些数据基本上说明的是同一件事，”他说。小冰期标志着北半球冰川在近几千年中扩展程度最大的时期。杨认为，在巴恩斯冰帽的记录中，这只是一场已持续了两千年的扩张趋势中的最后一次“脉冲”。
然而，对杨的团队来说，最重要的植物样本仍被埋在冰层之下。自1960年以来，巴恩斯冰帽的边缘已退缩了200到800米，暴露出约从公元1000年起被冰体杀死的苔藓。而更古老的样本仍被掩埋。为了精确确定冰层开始推进的时间点，研究团队必须参考巴恩斯冰帽“邻居们”的数据。
锁定转折点
在同一高原上还散布着其他一些小型冰帽，它们与巴恩斯冰帽共享相同的气候条件，距离也足够近。此前的研究已从这些冰帽下方采集了近200个死亡日期样本——其中没有一个超过2000年。“这意味着，那片区域内的所有冰帽都是在大约2000年前才开始重新推进或扩张的，”杨说。“由于巴恩斯冰帽就在它们旁边，很可能它也是在2000年前开始扩张的。”
杨认为，随着巴恩斯冰帽持续退缩，最终将揭示出具有决定性意义的样本。“如果我们二十年后再回到那里，随着冰盖边缘进一步退缩，我们或许真的能采集到那些2000年前的植物样本，”他说。
根据该研究，冰体之所以恰好在这一时刻开始重新扩张，是因为两种全球性力量在相互拉拽、朝着相反方向作用，而其中一方最终占据上风。
一场拉锯战
到达北半球高纬度地区的太阳能量，大约在10000到11000年前达到峰值，此后持续下降，这推动地球朝着下一次冰期的方向发展。与此同时，在8000年前到2000年前之间，大气中的二氧化碳浓度上升了约20 ppm，增强了温室效应，使大气升温。“太阳辐射和温度的下降，实际上压过了同期因二氧化碳小幅上升所带来的那一点温度增量，”杨解释道。
最终，在2000年前的这一时刻，由于高纬度地区日照减少，温度已降到足够低的程度，而二氧化碳带来的升温效应又不够强，冰盖便开始重新扩张。这一现象的发生，与此前基于轨道驱动力计算以及二氧化碳如何干扰冰期启动过程的模型模拟结果存在出入——那些模型曾预测下一次冰期将被推迟数万年之久。但杨认为，这些模型与他团队在野外采集到的证据之间，实际上并不矛盾。
“很多人将‘冰期启动’定义为冰川和冰盖必须达到某种特定规模——大到足以让人说，啊，没错，我们已经进入了下一个冰期，”杨说。“这种定义完全合理，因为直到现在，我们都没有办法真正精确地确定一个冰盖何时首次转向并开始扩张。”然而，就在劳伦泰德冰盖重新开始扩张后不久（以地质时间尺度衡量），人类“登场”了。
在1750年到1850年间，温室气体浓度上升了约12 ppm；到1960年，又上升了50 ppm；到2024年，更是进一步上升了138 ppm。“一旦我们进入工业革命时期，我们排放二氧化碳的速度和幅度，达到了地质记录中从未出现过的水平，”杨说。到1960年，巴恩斯冰帽的物质平衡变为负值，其扩张趋势由此终结。
如今，巴恩斯冰帽正在走向消亡。在1960年代和70年代，其表面大约有35%位于该地区雪线之上。到21世纪初，这一比例降至约3%。而如今，已经没有任何部分位于雪线之上。“这意味着在夏季，冰体全部都在融化。已经不存在积累区了，也不再有新的冰层形成，”杨说。“如果没有积累区，冰帽或冰川是无法存续的。”根据他的模型预测，在任何合理的排放情景下，巴恩斯冰帽都将在几个世纪内彻底消失。
那么，我们是否真的因为如此迅速地使气候变暖而躲过了一劫？
被“取消”的冰期
“坦白说，在现代社会，没有人愿意生活在冰期气候之下。那样的生活会相当艰难，与现在截然不同，”杨说。不过，他认为，我们这样做并没有真正给自己帮上什么忙。要真正进入一个拥有大型冰盖的完整冰期气候，本应需要数万年的时间。“我认为，向大气中排放温室气体，其实并没有真正拯救我们免于任何灾难，”杨表示。我们实际上所做的，是中断了一个历史悠久且极为规律的周期。
“在过去250万年中，冰期的节律是地球系统中最为稳定一致的周期之一，”杨说。“我们现在有证据表明，人类，尤其是温室气体的排放，实际上终止了地球上最为稳定的周期之一。”
该研究已发表于《科学》杂志：https://doi.org/10.1126/science.aed3379