漂浮在斯瓦爾巴特群島，挪威的冰川。 Sven-Erik Arndt / Arterra / Universal Images組（通過Getty Images）
Every year, sea ice cover in the Arctic Ocean shrinks to a low point in mid-September.每年1.44月中旬，北冰洋的海冰覆蓋面積都縮小到最低點。 This year it measures just 3.74 million square miles (XNUMX million square kilometers) – the今年，它的面積僅為XNUMX萬平方英里（XNUMX萬平方公里）– 第二低的值 in the 42 years since satellites began taking measurements.自衛星開始進行測量以來的XNUMX年中。 The ice today covers only今天的冰只覆蓋 50年前佔地的40％ 在夏末。
This year's minimum ice extent is the lowest in the 42-year-old satellite record except for 2012, reinforcing a long-term downward trend in Arctic ice cover.除XNUMX年外，今年的最低冰面積是有XNUMX年曆史的衛星記錄中最低的，這增強了北極冰蓋的長期下降趨勢。 Each of the past four decades averages successively less summer sea ice.在過去的XNUMX年中，每年平均的夏季海冰數量都減少了。 NSIDC
正如政府間氣候變化專門委員會所表明的那樣，大氣中的二氧化碳水平是 比人類歷史上任何時候都要高。 The last time that atmospheric CO2 concentrations reached today's level –大氣中的二氧化碳濃度最後一次達到今天的水平– 約百萬分之412 –是三百萬年前， 在上新世時期.
作為研究的地球科學家 地球氣候的演變 和 它如何創造生活條件，我們將北極不斷變化的條件視為氣候變化如何改變地球的指標。 If global greenhouse gas emissions continue to rise, they could return the Earth to Pliocene conditions, with higher sea levels, shifted weather patterns and altered conditions in both the如果全球溫室氣體排放量繼續增加，它們將使地球回到上新世的狀況，海平面更高，天氣模式發生變化，而且兩個地區的狀況都發生了變化。 自然界 和 人類社會.
上新世北極
我們是一個科學家團隊的一部分，他們分析了來自 埃爾吉吉金湖 in northeast Russia in 2013 to understand the Arctic's climate under higher atmospheric carbon dioxide levels.於XNUMX年在俄羅斯東北部了解大氣在較高二氧化碳水平下的北極氣候。 Fossil pollen preserved in these cores shows that the Pliocene Arctic was very different from its current state.這些岩心中保存的化石花粉表明，上新世北極與其當前狀態有很大不同。
今天的北極是只有稀疏樹木的無樹平原 苔原植被，例如草，莎草和一些開花植物。 In contrast, the Russian sediment cores contained相比之下，俄羅斯的沉積核心 落葉松，雲杉，冷杉和鐵杉等樹木的花粉。 This shows that這表明 北方森林今天，它在俄羅斯的西南部和阿拉斯加的北極圈以數百英里的距離結束，曾經穿過俄羅斯的大部分北極和北美地區一直到達北冰洋。
Because the Arctic was much warmer in the Pliocene, the Greenland Ice Sheet did not exist.由於上新世的北極要溫暖得多，因此格陵蘭冰蓋不存在。 Small glaciers along Greenland's mountainous eastern coast were among the few places with year-round ice in the Arctic.格陵蘭多山的東部沿海地區的小冰川是北極常年結冰的少數地方。 The Pliocene Earth had ice only at one end – in Antarctica – and that ice was上新世地球僅在南極的一端有冰，而那冰是 不太廣泛，更容易熔化.
Because the oceans were warmer and there were no large ice sheets in the Northern Hemisphere, sea levels were 30 to 50 feet (9 to 15 meters) higher around the globe than they are today.由於海洋變暖，北半球沒有大冰原，因此全球海平面比今天高XNUMX至XNUMX英尺（XNUMX至XNUMX米）。 Coastlines were far inland from their current locations.海岸線遠離其當前位置向內陸。 The areas that are now California's Central Valley, the Florida Peninsula and the Gulf Coast all were underwater.現在加利福尼亞州的中央山谷，佛羅里達半島和墨西哥灣沿岸的地區都在水下。 So was the land where major coastal cities like New York, Miami, Los Angeles, Houston and Seattle stand.紐約，邁阿密，洛杉磯，休斯敦和西雅圖等主要沿海城市所處的土地也是如此。
今天美國西部減少的積雪越冬，這些天 供應該地區大部分水。 Today's Midwest and Great Plains were so much warmer and dryer that it would have been impossible to grow corn or wheat there.今天的中西部和大平原氣候溫暖乾燥，以至於在那裡不可能種植玉米或小麥。
上新世為什麼會有這麼多的二氧化碳？
How did CO2 concentrations during the Pliocene reach levels similar to today's?在上新世期間，二氧化碳的濃度如何達到今天的水平？ Humans would not appear on Earth for at least another million years, and our use of fossil fuels is even more recent.人類至少要再過一百萬年才會出現在地球上，而我們對化石燃料的使用甚至更近了。 The answer is that some natural processes that have occurred on Earth throughout its history release CO2 to the atmosphere, while others consume it.答案是，地球自始至終發生的某些自然過程會將COXNUMX釋放到大氣中，而其他過程則將其消耗掉。 The main system that keeps these dynamics in balance and controls Earth's climate is a natural global thermostat, regulated by rocks that使這些動力學保持平衡並控制地球氣候的主要係統是天然的全球恆溫器，由岩石調節 與二氧化碳發生化學反應 並把它拉出大氣層。
The Greenhouse Effect leads to increases in surface temperatures and, in some places, rainfall.溫室效應會導致地表溫度升高，在某些地方還會導致降雨。 Together these accelerate silicate rock weathering.這些共同促進了矽酸鹽岩的風化。 Faster weathering in turn removes more CO2 from the atmosphere (yellow arrow).更快的風化反過來又從大氣中清除了更多的二氧化碳（黃色箭頭）。 The strength of the Greenhouse Effect relies on atmospheric CO2 levels.溫室效應的強度取決於大氣中的二氧化碳水平。 格雷沙姆/維基百科
In soils, certain rocks continually break down into new materials in reactions that consume CO2.在土壤中，某些岩石會在消耗COXNUMX的反應中不斷分解為新材料。 These reactions tend to speed up when temperatures and rainfall are higher – exactly the climate conditions that occur when atmospheric greenhouse gas concentrations rise.當溫度和降雨量更高時，這些反應往往會加快-正是當大氣中溫室氣體濃度升高時發生的氣候條件。
But this thermostat has a built-in control.但是此恆溫器具有內置控件。 When CO2 and temperatures increase and rock weathering accelerates, it pulls more CO2 from the atmosphere.當二氧化碳和溫度升高並且岩石風化加速時，它將從大氣中吸收更多的二氧化碳。 If CO2 begins to fall, temperatures cool and rock weathering slows globally, pulling out less CO2.如果二氧化碳開始下降，全球溫度就會變冷，岩石的風化速度將減慢，從而減少二氧化碳的排放。
Rock weathering reactions also can work faster where soil contains lots of newly exposed mineral surfaces.在土壤中含有大量新暴露的礦物表面的地方，岩石的風化反應也可以更快地起作用。 Examples include areas with high erosion or periods when Earth's tectonic processes pushed land upward, creating major mountain chains with steep slopes.例如，侵蝕嚴重的地區或地球的構造過程將土地向上推，從而形成具有陡坡的主要山脈。
The rock weathering thermostat operates at a geologically slow pace.岩石風化恆溫器在地質上運行緩慢。 For example, at the end of the Age of Dinosaurs about 65 million years ago, scientists estimate that atmospheric CO2 levels were between 2,000 and 4,000 parts per million.例如，在大約50萬年前的恐龍時代結束時，科學家估計大氣中的二氧化碳含量在每百萬分之400至XNUMX之間。 It took over XNUMX million years to reduce them naturally to around XNUMX parts per million in the Pliocene.在上新世，花了五千萬年的時間自然將它們減少到百萬分之四百。
Because natural changes in CO2 levels happened very slowly, cyclic shifts in Earth's climate system were also very slow.由於二氧化碳水平的自然變化非常緩慢，因此地球氣候系統的周期性變化也非常緩慢。 Ecosystems had millions of years to adapt, adjust and slowly respond to changing climates.生態系統有數百萬年的時間來適應，調整和適應氣候變化。
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夏季熱浪正在改變西伯利亞北部，使永久凍土融化並為大規模野火創造條件。
像上新世的未來？
2年工業時代黎明時，大氣中的二氧化碳停留在大約 280百萬分之一。 It has taken humans only 200 years to completely reverse the trajectory begun 50 million years ago and return the planet to CO2 levels not experienced for millions of years.人類僅用了XNUMX年的時間就完全扭轉了XNUMX萬年前開始的軌跡，並使地球回到了數百萬年來從未經歷過的二氧化碳水平。
Most of that shift has happened since World War II.自第二次世界大戰以來，大部分轉變已經發生。 Yearly increases of 2-3 parts per million now are common.現在很普遍每年增加百萬分之1880-XNUMX的比例。 And in response, the Earth is warming at a fast pace.作為回應，地球正在快速變暖。 Since roughly XNUMX the planet has warmed by自大約XNUMX年以來，地球已經變暖 1攝氏度（2華氏度） –比地球過去65萬年的任何變暖事件快許多倍。
In the Arctic, losses of reflective snow and ice cover have amplified this warming to +5 C (9 F).在北極，反射性積雪和冰層的損失使這種變暖放大到+XNUMX C（XNUMX F）。 As a result, summertime Arctic sea ice coverage is trending lower and lower.結果，夏季北極海冰覆蓋率呈下降趨勢。 Scientists project that the Arctic will be科學家預測北極將成為 夏季完全無冰 在接下來的二十年內。
This isn't the only evidence of drastic Arctic warming.這不是北極急劇變暖的唯一證據。 Scientists have recorded科學家有記錄 夏季極端融化率 XNUMX月上旬，加拿大在努納武特地區剩下的最後一個冰架， 崩潰入海。 Parts of部分 北極西伯利亞 和 斯瓦爾巴北冰洋上的一群挪威島嶼，今年夏天達到創紀錄的高溫。
Coastal cities, agricultural breadbasket regions and water supplies for many communities all will be radically different if this planet returns to a Pliocene CO2 world.如果這個星球重返上新世的二氧化碳世界，沿海城市，農業糧倉地區和許多社區的水供應將完全不同。 This future is not inevitable – but avoiding it will require big steps now to decrease fossil fuel use and turn down Earth's thermostat.未來並非不可避免–但是要避免這種情況，現在需要採取重大步驟來減少化石燃料的使用並降低地球的恆溫器。
關於作者
地球科學教授Julie Brigham-Grette， 馬薩諸塞州阿姆赫斯特大學 和地球科學副教授Steve Petsch， 馬薩諸塞州阿姆赫斯特大學
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