近年來，全球氣候變暖已經成為“老生常談”的問題，而且因為氣候變暖，已經導緻多個國傢和地區接連齣現極端自然現象。比如說此前美國齣現瞭持續高溫，沙漠地區開始下雪，嚴寒地區開始下雨等等。這都說明全球氣候變暖越來越嚴重，否則也不會齣現如此惡劣的天氣情況。
這一點並不是危言聳聽，從中國近年來的氣候變化就能看得齣來。根據相關數據統計，在2021年我國全年平均氣溫為10攝氏度左右，與往年相比溫度偏高1攝氏度左右。甚至還創下從1996年以來，平均溫度最高的數據。除此之外，在2021年我國極端天氣情況也開始增多，比如說高溫、降雨、沙塵、寒潮等等。就拿2021年全國降雨量來說，平均降雨量為671毫米左右，與常年相比增加瞭6%左右。其中北方地區降雨量與常年相比增加瞭40%，尤其是河南鄭州發生的暴雨，真可謂是刷新瞭多年的紀錄。
更為重要的是，2021年全球溫室氣體排放濃度再度創下新高，而且全球平均氣溫，要比1850年至1900年平均氣溫高1攝氏度左右。韆萬不要小瞧這1攝氏度，如果每年增加1攝氏度，久而久之影響將會越來越大。 可是也有消息稱，目前南大洋正在吸碳，速度堪稱是非常瘋狂。通過進一步觀察之後發現，該地區水域每年吸碳量相比釋放量要多5.3億噸左右。尤其是到瞭夏季的時候，年吸碳量更為明顯，這對於全球氣候變暖而言，絕對是一則好消息。
暖和的氣候，一定會帶來花更繁、葉更茂嗎？
一項對青藏高原上灌木更新的研究顯示，持續的氣候變暖已經開始抑製或減緩瞭高海拔、高緯度地區的灌叢更新。
而未來持續變暖，還可能對低海拔、低緯度地區的灌叢産生不利影響。
這項由中科院青藏高原所生態係統格局與過程團隊獲得的發現，近日發錶在《美國科學院院刊》（PNAS）上。
這一研究成果為高寒生態係統應對全球變暖提供瞭有效的預警信息，同時也強調瞭減緩氣候變暖對全球碳中和的普適性意義。
氣候變暖正顯著改變陸地生態係統格局與過程，青藏高原和南北極是全球氣候變暖最為敏感的地區，是解答這一問題的典型先鋒實驗區。
該文章的通訊作者，中科院青藏高原所生態係統格局與過程團隊梁爾源研究員介紹，灌木是分布範圍最高、界限最北的木本植物，灌木種群的更新可為瞭解生態係統健康和穩定性提供關鍵指標。
通過對比研究青藏高原和北極格陵蘭島地區的灌木更新動態，中科院青藏高原所生態係統格局與過程團隊發現，持續的氣候變暖抑製或減緩瞭高海拔、高緯度地區灌叢更新。
上世紀三十年代左右，青藏高原中南部地區灌木更新已達到種群更新峰值；而格陵蘭地區灌木更新在上世紀六十年代左右達到峰值（見下圖）。此後，這兩個地區灌木更新呈顯著下降趨勢。
▲格陵蘭Ittoqqortoormiit與青藏高原研究樣點（A–C）；區域氣候（D）；灌木更新（E）；大氣環流與灌木更新綫性關係圖（F）。
研究還發現， 升溫已超過灌木更新的最優閾值 ，近幾十年升溫以及大氣環流變化所加劇的水分脅迫是灌木更新下降的關鍵限製要素。
研究指齣，未來持續變暖，不僅會約束灌叢邊界的擴張，還可能會對低海拔、低緯度地區的灌叢産生不利影響。
在地球幾十億年的曆史中，超過85%的時間裏，地球都維持著一個全球性的溫室，其濕熱氣候從赤道一直延伸到兩極。
然而，一些特殊的變化也會時常在地球上齣現：世界氣溫下降，冰川擁抱地球。
這些特彆的情況被稱為—— 冰期（Ice Age） 。
那麼， 究竟是什麼導緻瞭這樣廣泛且影響巨大的氣候變化呢？地球上冰期的真麵目到底如何？
今天就讓我們迴到過去，看一看這些冰川形成背後的原因。 或許冰期時代的曆史能夠告訴我們如何麵對地球氣候的未來！
1
Huronian冰期
地球自誕生以來一共經曆瞭 五次主要的大型冰期 。
第一次冰期始於 24億年前 ，當時地球上唯一發現的生命是生活在海洋中的單細胞厭氧生物。
然而，由於 藍藻的齣現 ，地球上的一切都發生瞭改變。
藍藻
藍藻是第一個能在太陽的幫助下把二氧化碳和水轉化成有用的糖的生物，即進行光閤作用。
光閤作用在進行過程中，會釋放齣氧氣。在此之前，地球大氣中從未發現過這種高活性氣體。
隨著藍藻菌的數量持續增長，所排放的氧氣“汙染”瞭以甲烷為主的大氣，大多數厭氧的生命形式都發生瞭大滅絕。
而當甲烷被氧化成二氧化碳和水時，它從大氣中的主要氣體變成瞭一種微量氣體。
地球受到溫室氣體減少的影響，溫度開始下降，迎來瞭第一個重要的大冰期—— Huronian冰期 。
Huronian冰期是地質史上最嚴重且持續時間最長的一次冰河時期。
命名的由來是因為相關的地質學證據是從北美的休倫湖地區搜集而來的，在此地能發現有3處彼此分隔的冰期沉澱物地層被非冰期沉澱物所分隔開來。
休倫湖
這樣寒冷的氣候持續瞭3億年之久！
2
Cryogenian冰期
在世界上大部分地區被冰掩埋瞭3億年之後，冰蓋終於慢慢融化，大地又變迴一片沼澤茂密的叢林。
從此時開始又過瞭十多億年，地球纔再次被冰覆蓋。
“Cryogenian ”源於希臘語的“cold”和“birth”，是一個從7.2億年前持續到6.35億年前的地質時期。
Cryogenian冰期 通常被認為至少可以被分成 兩個主要的世界性冰期 。
司圖特冰期 (Sturtian glaciation)從約7.2億年前持續到6.6億年前，而 馬林諾冰期 (Marinoan glaciation))結束於大約6.3億年前，即Cryogenian冰期的結束。
特有的冰川沉積物錶明，這一時期冰川一直延伸到赤道，而海洋則變成瞭冰原混閤物，幾乎把整個地球都淹沒在一層冰之下。
這一次降溫被認為受到瞭火山活動的影響。火山活動的一個主要副作用是在地球錶麵産生新的岩石，而這些岩石自然不是一成不變的。
大氣中的二氧化碳與水蒸氣反應生成碳酸。當這種弱酸最終降雨到地錶時，它會與新生成的岩石(如長石)相互作用，導緻所謂的化學風化。
它使長石變成高嶺石，同時産生鈣離子和碳酸鹽離子，這些離子會發生驚人的反應，形成另一種物質—— 碳酸鈣 。
這意味著，新岩石的形成和風化實際上可以將二氧化碳從大氣中吸齣，並將其鎖在新岩石中。
大氣中二氧化碳濃度的減少對加快地球溫度降低起到瞭促進作用。
可能是由於當時資源的極度限製，這一時期見證瞭第一批 掠奪性浮遊動物 的進化。
它們可以捕食幾乎沒有防禦能力的浮遊植物，首次為這些大量的光閤作用提供瞭控製機製。
3
Andean-Saharan冰期
隨著時間的流逝，氣候平衡重新轉嚮溫室環境，地球再次解凍。
下一個冰河時代要再過2億年纔會到來，也就是我們所知的 Andean-Saharan冰期 。
Andean-Saharan冰期 發生在古生代，時間約為4.5-4.2億年前。
它被認為可能是小行星帶某處的一次大規模碰撞的結果，被稱為 奧陶紀流星事件 。
這次事件把大量的碰撞碎片送入地球軌道。經過幾十萬年，這些碎片會落到地球上，使大氣中的塵埃水平比現在高齣幾個數量級。
當大量塵埃存在於大氣中時，這些小顆粒就像小鏡子一樣，在陽光到達地錶之前將其反射齣去。
所産生的影響與溫室氣體恰好相反，使地球溫度減低。
第三次冰河期事件背後的原因十分復雜，但我們知道的是，這次冰期僅維持瞭約3000萬年。譚老師地理工作室綜閤整理
Andean-Saharan冰期成為迄今為止最短的冰河期。
4
Late Paleozoic冰期
在這之後不久，大約3.6億年前，一條新的進化之路逐漸齣現。這又導緻瞭二氧化碳的急劇下降和大氣中氧氣的急劇增加。
在地球曆史上， 植物第一次開始在陸地上生長 。
在此之前，生命基本上被局限於海洋，但隨著樹蕨等植物的發展，地球的陸地迅速被消耗二氧化碳和産生氧氣的生命所占據。
很快，植物就形成瞭 木質素 和 縴維素 這樣的結構，由於它們復雜的結構，分解速度慢得令人難以置信。
這就意味著有充足的時間讓它們被埋起來，防止它們進一步分解，並將它們體內的碳儲存在地錶以下，最終變成煤炭。
木質素 和 縴維素
造成的結果就是，大氣中的氧氣含量上升到35%以上，而二氧化碳含量下降到300ppm以下。
大氣中二氧化碳水平的降低足以開始改變地球氣候，導緻更涼爽的夏季無法融化前一年鼕天的積雪。積雪深達6米，就會産生足夠的壓力把較低的地方變成冰。
隨著地球上冰蓋的不斷擴大，行星反照率增加，導緻正反饋循環，使冰蓋進一步擴大，直到這一過程達到極限。
地球進入瞭古生代晚期的冰河時代—— Late Paleozoic冰期（3.6-2.6億年前） 。
然而，全球氣溫的下降最終會限製植物的生長，而氧氣含量的上升會增加火災的頻率。
這兩種效應都將二氧化碳釋放到大氣中，逆轉瞭“雪球效應”，迫使溫室效應加劇。
在接下來的時間裏，二氧化碳濃度上升到300ppm。地球溫度逐漸開始迴升，部分冰原的擴散被抑製。
行星反照率因此下降，其他地區的冰川受到影響也開始融化。
與此同時，全球變暖導緻的海平麵上升淹沒瞭大麵積的平地。陸地上碳沉積麵積逐漸縮小，更多的二氧化碳被釋放到大氣中，進一步使地球變暖。
5
Quaternary 冰期
Quaternary 冰期 ，也被稱為又稱“第四紀大冰期”，是始於距今200-300萬年前的第四紀期間的一係列交替的冰期和間冰期。譚老師地理工作室綜閤整理
第四紀大冰期的冰蓋規模很大。在歐洲冰蓋南緣可達北緯50°附近；在北美冰蓋前緣延伸到北緯40°以南；南極洲的冰蓋也遠比現在大得多。
包括赤道附近地區的山嶽冰川和山麓冰川，都曾經嚮下延伸到較低的位置。
（北半球在第四紀冰期的冰川作用。3-4公裏厚冰層的形成相當於全球海平麵下降約120米）
麵積巨大的冰蓋使地球反照率(太陽的輻射能從地球上反射的程度)提高，進一步冷卻瞭氣候。
這些影響塑造瞭 整個陸地和海洋環境，以及它們相關的生物群落 。
到目前為止，第四紀大冰期僅存的主要冰蓋為 南極和格陵蘭冰蓋 ，其他大部分冰蓋，形成於冰期，在間冰期已完全消失。
南極
6
米蘭科維奇循環
地球的冰川史是 地球氣候係統內部變化 (如洋流、碳循環)加上 氣候係統外部現象 (如地球軌道變化、火山活動和太陽活動)所造成的“外力”效應的産物。
而地球軌道變化在控製氣候方麵的作用最早由 詹姆斯·剋羅爾（James Croll） 在19世紀末提齣。
詹姆斯·剋羅爾
二十世紀初，塞爾維亞的地球物理學傢兼天文學傢 米蘭科維奇 提齣地球圍繞太陽環行時，三個因素的周期性變化會影響地球冰期的始末興衰，即 米蘭科維奇循環（Milankovitch cycles） 理論。
米蘭科維奇
第一個是地球環繞太陽公轉的 軌道形狀 。軌道形狀有時較接近圓形，有時較接近橢圓形，這個變化周期約為10萬年。
公轉軌道形狀的變化會影響在不同季節抵達地球的太陽能量。
公轉軌道離心率=0.5
第二個是地球自轉軸心的 傾斜角度 ，它會在22.1度至24.5度之間變化，周期約為4萬年。
這個角度變化不會改變由太陽抵達地球的總能量，但會影響日照在不同緯度的分布。
轉軸傾角
最後一個是地球自轉軸心的 進動 。地球自轉軸的方嚮相對於恒星的變化稱為進動，周期大約是2.6萬年。
這種地球的軸嚮進動同樣會影響日照在不同緯度的分布。
軸嚮進動
然而，事實上在20世紀70年代之前都沒有任何支持這個假說的證據，因為直到那時海洋學傢纔剛能夠到海底鑽孔並且從深海的海底取樣，然後由地質學傢對樣本進行分析。
（循環時間的變化，由海洋沉積物確定的麯綫）
海底樣本中能夠得齣 幾十萬年的關於海洋氣候的曆史狀況 。
這些證明瞭地球氣候的變化正如米蘭科維奇假說所描述的一樣。這些證據是對米蘭科維奇循環的一個非常有利的支持，直到20世紀80年代多數人纔接受瞭這一理論。
（來自南極科考站Vostok的42萬年的冰核數據，左為更近時間）
無論是冰河時代或全球變暖， 最主要的影響因素依舊是地球大氣的組成 。
因此，如果我們想要減慢高速發展的現代溫室效應進程的話，最好的方法始終是—— 減少溫室氣體的排放 。
參考資料：
YouTube、維基百科、Geology、 桔燈勘探、百度新聞、潤物地理 等
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