陈燕燕

目前，气候学有一个未解之谜是：为何距今128 ~ 117千年的末次冰盛期全球平均温度仅比工业革命前高1 ~ 2 ℃，但彼时全球海平面却比现今高6 ~ 9 m？联合国政府间气候变化专门委员会（简称“IPCC”）于2020年指出：依据现今全球变暖速率，本世纪末全球平均温度上升幅度可达1.5 ℃，将有可能超过末次间冰期的温度（IPCC, 2020）。相应地，全球海平面很可能会上升6 ~ 9 m，这将导致大面积适宜人类居住的陆地会被海水淹没，严重影响人类社会的和谐发展。而现今气候模拟研究表明，未来全球海平面上升幅度仅有1 m，而非6 ~ 9 m。由此可见，模型模拟结果与IPCC的预测结果存在较大“偏差”。为此，哥伦比亚大学（Columbia University）Lamont-Doherty地球观测站研究团队在巴哈马群岛（Bahamas）开展了相关研究与数据分析，以期重新估算末次间冰期海平面变化的幅度。

1  末次间冰期海平面变化幅度争议

研究人员调查了过去不同海岸海平面的变化，但未能准确校正陆地本身的起伏变化。基于在巴哈马群岛进行的最新精密测量以及分析数据，研究人员认为，地质历史时期最高海平面比现在至少高1.2 m，最高可达5.3 m，这与实验模型对未来100年的预测结果大体一致，但也有不同意见。研究人员认为冰川均衡反弹和地形高差校正的缺乏会对海平面变化幅度产生影响（图1）。

图1  一项对巴哈马群岛（Bahamas）海岸线的新研究可能会改变对过去海平面变化幅度的估计。在这里，一些作者调查了在海平面较高时在美国Crooked岛上发育形成的海岸岩石（Kevin Krajick, 2021）。

2  冰川均衡反弹运动对海平面的影响

冰盖的形成会压迫其下方的土地，例如在在大约15000年前的最后一次冰河时期，北美北部的冰盖将陆地下压了数百米。地球具有弹性，当一个地方下沉时，另一个地方就会相对上升，就像挤压一个橡皮球或一个轮胎一样。人们对冰区以外的这些必然的变形知之甚少，这些变形可能在数百或数千年的时间里缓慢迁移数百或数千英里，主要在距离地表100 ~ 1000 km的柔韧的地幔中活动，然后凸出到地表。当冰融化时，这个过程正相反，曾经被冰雪覆盖的地区出现反弹，而那些在边缘的地区则以缓慢的跷跷板的方式下沉。

显然，这种被称为冰川均衡反弹的运动会扭曲对过去水位的估计，气候学家也一直在努力对其进行调整。例如，以前的研究表明，北美冰川的波状地层沿美国东海岸一直延伸到巴哈马群岛。当冰川较高时，就把岛屿向上推，当冰川融化时，岛屿则往下沉，但具体的数量和时间尚不明确。为了获得更多资料，研究人员对这些岛屿的沿岸沉积物进行了详细的研究。

其中，巴哈马群岛南北绵延1200 km，是研究冰川均衡反弹的理想之地。研究人员发现，越往南，离冰层越近，膨胀和下沉的周期越长，岛屿的沿岸沉积物恰好证明了这一观点。

3  间冰期海平面变化重建——巴哈马群岛

该团队沿着7个岛屿的海岸跋涉，精确地测量了不同地质构造的海拔，包括珊瑚礁化石、古海滩、近岸砂沉积的边缘化石和化石沙丘构造（图2；图3）。

图2  在美国Crooked岛，该研究的共同作者，哥伦比亚大学（Columbia University）的William D Andrea助理研究教授使用GPS仪器记录岩石的准确位置和高度（Kevin Krajick, 2021）。

图3  哥伦比亚大学（Columbia University）的William D Andrea助理研究教授和Jacqueline Austermann助理研究教授在美国Crooked岛上的一个小洞穴避雨，并近距离观察了古沙丘上形成的波状化石（Kevin Krajick, 2021）。

研究人员在每个岛屿上发现了相似的地质年龄序列，但各岛屿的海拔因纬度而异（图4）。这意味着这种变化不可能仅仅由水位产生，还必须考虑到构造沉降。把所有的测量结果放在一起，研究人员得出结论，在间冰期，北部的岛屿可能下沉了10 m，而南部的岛屿只下沉了6 m。

他们将这些发现与数百种不同的冰川均衡反弹在地球上形成的模型相结合，并将计算结果转换成全球海平面的变化幅度。

图4  在巴哈马群岛的地图上标注了LIG海滩与7个所调查岛屿的风成沉积物之间的最高测量海拔。图中6个露头的投影图显示了典型的Bahamas浅层-向上的准层序（Blake Dyer et al, 2021）。

研究结果表明，地质历史时期最高海平面比现在至少高1.2 m，最高可达5.3 m，这与实验模型对未来100年的预测结果大体一致（图5）。

图5  LIG海滩的GMSL分析估计包括576个GIA模型的概率评估、先前的美国Bahamian群岛珊瑚，以及本文中当地海平面的观测峰值。(A)整个LIG中GMSL变化的推断；68%落在较深的内层内，95%落在较浅的外层内。(B)最大GMSL的分布(在LIG期间的任意点)。(C)GMSL高峰时的时间分布（Blake Dyer et al, 2021）。

4  间冰期海平面上升幅度差异的原因

前人对上一次间冰期海平面上升幅度估计的证据来自世界各地，包括地中海、印度洋和澳大利亚。这项新研究的作者认为，在12.8万年前北美的冰盖与现今的冰盖大小相同，这是错误的，实际上12.8万年前北美的冰盖小于现今的冰盖。欧洲西北角的Scandinavia半岛、北欧和俄罗斯西北部的冰盖大小可能会对先前海平面变化幅度的估计产生影响。

此外，上一个间冰期温暖的环境是数千年来地球朝向太阳方向的缓慢变化产生的，可能不会同时影响到两极。该研究的共同作者、Lamont-Doherty地球观测站的主任、新成立的哥伦比亚气候学院（Columbia Climate School）的联合院长——Maureen Raymo院士认为这可能意味着当一些极地地区的冰在减少时，其它地区的冰可能在增加，形成了一种平衡趋势，并限制全球海平面的上升幅度。此外，Maureen Raymo院士认为冰盖模型还处在初级阶段，且与上一次间冰期相比，人类的碳排放使全球变暖的速度相对较快，且较为均匀，因此不能保证这种平衡趋势。

这项研究并不是首次估计最后一次间冰期海平面的变化幅度的研究。去年，俄勒冈州立大学（Oregon State University）的Peter Clark教授领导的一项研究表明，海平面可能上升了4 m左右。这项研究严格地建立在模型的基础上，而不是建立在新的地质证据的基础上。

罗格斯大学（Rutgers University）的气候学家Robert Kopp教授的工作被广泛引用，作为最后一次间冰期海平面大幅度上升的证据。考虑到它是基于一个单一的地区，Robert Kopp教授认为它是一种常用的评估方法，但却不是新的最佳估计海平面变化幅度的方法，需要通过研究其他地区来增加说服力。研究人员已经在丹麦、法国、英国和南非等地区进行研究来估计海平面的变化幅度。

本文作者系中国石油大学（北京）的硕士生。本文是作者对《Some past sea levels may not have been as high as thought, says study of rising and sinking landmasses》的翻译和理解，相关问题交流可通过邮箱qqyanyanchen@163.com与本人联系。欲知更多详情，请进一步阅读下列参考文献。

期刊参考：

[1] Blake Dyer, Jacqueline Austermann, William J. D’Andrea, Roger C. Creel, Michael R. Sandstrom, Miranda Cashman, Alessio Rovere, Maureen E. Raymo. Sea-level trends across The Bahamas constrain peak last interglacial ice melt. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2021; 118 (33): e2026839118 DOI: 10.1073/pnas.2026839118.

[2] Kevin Krajick, Some past sea levels may not have been as high as thought, says study of rising and sinking landmasses. https://news.climate.columbia.edu/2021/08/09/some-past-sea-levels-may-not-have-been-as-high-as-thought-says-study-of-rising-and-sinking-landmasses/.