作者朱莉·布里格姆-格雷特和史蒂夫·佩施，《对话》 俄罗斯贝加尔湖附近的北方森林
300万年前，这些森林比现在向北延伸数百英里
信用:Christophe Meneboeuf/Wikipedia，CC BY-SA 每年九月中旬，北冰洋的海冰覆盖都会缩小到最低点
今年该指数仅为1
4400万平方英里(3
7400万平方公里)——这是自卫星开始测量以来42年来第二低的数值
今天的冰只覆盖了40年前夏末覆盖面积的50%
除2012年外，今年的最小冰面积是42年卫星记录中最低的，这加强了北极冰层覆盖的长期下降趋势
过去40年中的每一年，夏季海冰平均都在不断减少
信用:NSIDC 正如政府间气候变化专门委员会指出的那样，大气中的二氧化碳含量比人类历史上任何时候都要高
上一次大气CO2浓度达到今天的水平——大约百万分之412——是在300万年前，上新世
作为研究地球气候演变及其如何为生命创造条件的地球科学家，我们将北极不断演变的状况视为气候变化如何改变地球的一个指标
如果全球温室气体排放量继续上升，它们可能会使地球回到上新世的状况，海平面上升，天气模式改变，自然世界和人类社会的条件都发生变化
上新世北极 我们是一个科学家团队的一员，该团队于2013年分析了俄罗斯东北部埃尔杰金湖的沉积物岩心，以了解在更高的大气二氧化碳水平下北极的气候
保存在这些岩心中的花粉化石显示，上新世北极与现在的状态非常不同
今天，北极是一片没有树木的平原，只有稀疏的苔原植被，如草、莎草和一些开花植物
相比之下，俄罗斯的沉积物核心含有来自落叶松、云杉、冷杉和铁杉等树木的花粉
这表明，北方森林，今天在俄罗斯和阿拉斯加的北极圈以南和以西数百英里处结束，曾经穿过俄罗斯和北美的大部分地区到达北冰洋
因为北极在上新世要暖和得多，所以格陵兰冰盖并不存在
格陵兰岛多山的东海岸的小冰川是北极为数不多的终年结冰的地方
上新世地球只有一端有冰——在南极洲——而且冰没有那么大，更容易融化
温室效应导致地表温度升高，在某些地方还会导致降雨量增加
这些加速硅酸盐岩石风化
更快的风化反过来从大气中移除更多的CO2(黄色箭头)
温室效应的强度取决于大气中的二氧化碳水平
信用:Gretashum/维基百科 因为海洋更温暖，北半球没有大的冰盖，所以全球海平面比现在高30到50英尺(9到15米)
海岸线离现在的位置很远
现在的加州中央谷、佛罗里达半岛和墨西哥湾沿岸都在水下
纽约、迈阿密、洛杉矶、休斯顿和西雅图等主要沿海城市所在的土地也是如此
现在美国西部的暖冬
S
积雪减少，如今积雪为该地区提供了大量水源
今天的中西部和大平原是如此的温暖和干燥，以至于不可能在那里种植玉米或小麦
上新世为什么会有这么多CO2？ 上新世的CO2浓度是如何达到今天的水平的？人类至少再过一百万年才会出现在地球上，而我们对化石燃料的使用甚至更近
答案是，地球历史上发生的一些自然过程将二氧化碳释放到大气中，而另一些自然过程则消耗二氧化碳
保持这些动态平衡并控制地球气候的主要系统是一个自然的全球恒温器，由岩石调节，岩石与二氧化碳发生化学反应，并将二氧化碳从大气中排出
在土壤中，某些岩石在消耗二氧化碳的反应中不断分解成新材料
当温度和降雨量较高时，这些反应往往会加快——这正是大气温室气体浓度上升时出现的气候条件
但是这个恒温器有一个内置控制器
当二氧化碳和温度增加，岩石风化加速时，它会从大气中吸收更多的二氧化碳
如果二氧化碳开始下降，全球温度降低，岩石风化速度减缓，释放的二氧化碳减少
当土壤含有大量新暴露的矿物表面时，岩石风化反应也会更快
例如，侵蚀严重的地区或地球构造过程将陆地向上推的时期，形成了具有陡峭斜坡的主要山脉
夏季热浪正在改变西伯利亚北部，融化永久冻土，为大规模野火创造条件
岩石风化恒温器在地质上运行缓慢
例如，在大约6500万年前恐龙时代末期，科学家估计大气中的二氧化碳含量在百万分之2000到4000之间
上新世，花了5000多万年才自然减少到百万分之400左右
因为二氧化碳水平的自然变化非常缓慢，地球气候系统的周期性变化也非常缓慢
生态系统有数百万年的时间来适应、调整和缓慢应对不断变化的气候
类似上新世的未来？ 今天，人类活动压倒了将二氧化碳从大气中排出的自然过程
在1750年工业时代的初期，大气中的二氧化碳含量约为百万分之280
人类只用了200年就完全逆转了5000万年前开始的轨迹，并将地球恢复到数百万年来从未有过的二氧化碳水平
这种转变大多发生在二战之后
现在，百万分之2-3的年增长率是很常见的
作为回应，地球正在快速变暖
大约从1880年开始，地球变暖了1摄氏度(2华氏度)——比地球过去6500万年历史中任何一次变暖都快很多倍
在北极，反射性冰雪覆盖的减少将这种变暖放大到+5摄氏度(9华氏度)
因此，夏季北极海冰覆盖范围越来越小
科学家预测，在未来20年内，北极夏季将完全无冰
这不是北极急剧变暖的唯一证据
科学家记录了格陵兰冰原上极端的夏季融化速度
八月初，加拿大努纳武特地区仅存的冰架坍塌入海
今年夏天，北极西伯利亚的部分地区和北冰洋中的一组挪威岛屿斯瓦尔巴德群岛达到了创纪录的高温
如果地球回到上新世二氧化碳的世界，沿海城市、农业产粮区和许多社区的水供应将会完全不同
这个未来不是不可避免的——但是避免它将需要现在就采取重大措施来减少化石燃料的使用和降低地球的恒温器
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