是什么触发了古近纪北半球冰川作用的发生？新生代北冰洋冰盖之谜

　　文丨波波百谈编辑丨波波百谈
　　新生代北极冰盖的历史，有可能有助于我们对北半球未来环境的理解，这可能会对居住在北纬地区的社会经济条件 产生影响。在年轻的地质时期，气候条件有时比现在温暖。气候记忆这样的条件让我们所有人的未来都将面临着类似的情况。
　　尽管19世纪中叶的科学家们推测，现代北冰洋中部可能没有冰，但自从F南森乘坐他的科考船FRAM1893-1896号著名地穿越北冰洋以来，我们知道，北冰洋目前几乎完全被海冰 覆盖，很少有较大的冰山来自冰川和冰架周围的冰架和山脉。
　　一、现代北冰洋海冰盖的动态
　　过去几年对北冰洋沉积物岩心的密集地层 研究揭示了新生代北冰洋冰盖随时间变化的许多新数据，我们对其日益复杂的历史的理解正在增长，相反，我们在许多方面建立了教科书知识。这篇文章提出了一个巨大的科学挑战，然而，它不提供一个深入的综合这一令人兴奋的时期的全球古环境历史。
　　北极海冰盖的存在归因于北冰洋的极地位置，太阳辐射小 ，因此温度低 ，以及大陆腹地与海洋的相互作用。从现代观察我们知道，在全球气温上升的影响下，北极海冰覆盖目前正在缩小 ；2016 年是最近最温暖的一年，在不久的将来，我们可能会在北冰洋中部看到越来越开阔的水域。
　　欧亚北极陆架海 及其重要的淡水流入被认为是年轻海冰的＂工厂＂，有时大量细粒沉积物形成＂脏＂流，包括在跨极漂移中（插入地图中的箭头） 穿越北冰洋，大部分通过弗拉姆海峡进入挪威-格陵兰海。
　　它的历史几乎完全不为人知，直到现代研究破冰船能够访问北冰洋中部，瑞典的 YMER-80 探险队首次证明了这一点。1987年，德国POLARSTERN 号到达了Gakkel山脊；1991年，POLARSTERN 和瑞典 ODEN 成功成为第一艘到达北极的常规水面研究船。
　　瑞典ODEN号和德国POLARSTERN号国际北极探险队于1991年9月上旬到达北极。这表明极地研究人员现在可以使用的现代基础设施开启了北冰洋研究的全新阶段。
　　可以详细研究海水的水文特性和冰盖的冰川学。现在很清楚，来自北美，特别是欧亚河流的淡水流入 对北冰洋表面浅咸水层的形成产生了重大影响 ，该浅咸水层支撑着海冰覆盖。
　　由于北极海冰特有的现代漂移模式 ，欧亚大陆架海可被视为大部分新海冰的＂生产工厂＂。这种冰的形成会导致包含大量细粒沉积物材料, 经过几次融化循环后会集中在冰面上形成＂脏＂，主要是相对较旧的冰流。
　　北冰洋表层水的盐度受到欧亚大陆北部淡水涌入的严重影响。夏季的区域盐度异常。二、北冰洋冰盖的高变异性
　　像 Hughes 等人发布的地图。CLIMAP 项目成员在没有任何实地数据支持的情况下，对北冰洋冰盖的性质提出了截然不同的意见。假设一个巨大的冰盖从北美和欧亚大陆北部延伸到整个北冰洋，在深海区域形成厚厚的冰架。相反，CLIMAP 重建看到北美和欧亚大陆西北部一侧的冰盖仅限于大陆及其大陆架，北冰洋中部和挪威格陵兰海可能被覆盖由海冰。
　　根据 Hughes 等人的说法，LGM（末次盛冰期）期间的北半球冰层覆盖，假设 北极中部深海盆地存在厚冰架。
　　北半球末次盛CLIMAP 项目成员与休斯等人相反。北冰洋中部被认为被海冰覆盖 ，即使这一点只能在研究破冰船探险成功到达北冰洋中部后很久才能得到证实。
　　自 1987 年以来，研究破冰船已经能够从西方弗拉姆海峡和斯瓦尔巴特群岛，以及远东白令海峡系统地回收沉积物样本和岩芯，然后穿透北极冰盖直至北极允许定义北极冰盖存在的影响。
　　基于沉积岩心的集合，Spielhagen等已经能够记录过去120000年海冰的存在，而浮游有孔虫和冰筏陆生碎屑的沉积强度反映了冰川和间冰期之间的变化在相邻的大陆上。
　　每一次，在冰川消融过程中，其中一个大型冰川冰盖崩塌，大量淡水进入北冰洋，并在浮游有孔虫壳材料中保存的 O 同位素信号中留下印记。曼格鲁德等人还研究了冰下湖泊的影响，这些湖泊的径流流向北冰洋已被北美和欧亚大陆西北部的冰川冰原所阻挡，而勒拿河等河流在泰梅尔半岛东部，在冰川期和间冰期期间几乎连续不断 地将淡水排入北冰洋。
　　当通过冰川侵蚀特征检测到延伸到北冰洋中部的大型冰架痕迹时，这种简化的图片发生了重大变化，首先是在罗蒙诺索夫海岭，后来也在北冰洋的其他几个构造高地。这种解释基于来自多波束测深和地震反射海底剖面 的地球物理证据。冰架似乎与 MIS 6 同时代，MIS 6 代表欧亚大陆西北部的冰川作用，其冰盖比 Svendsen 等人绘制的较年轻的冰盖大得多。
　　学者们非常希望了解更多关于新生代的信息，特别是西伯利亚河流入北冰洋的早更新世历史，因为它对北冰洋表层水盐度有影响 。勒拿河等东西伯利亚河流有发育良好的河流阶地系统，希望在未来对它们进行深入研究。
　　该地区和该地区的勒拿河河床的第四纪历史鲜为人知，但特别令人感兴趣，因为俄罗斯铁路系统的延伸已沿勒拿河东岸建立；它可能位于雅库茨克（萨哈共和国首府）附近，第一座桥梁将横跨注入北冰洋的最重要、最长且未受干扰 的西伯利亚河流。
　　三、北冰洋中部冰盖第三纪前身之谜
　　Köppen 和 Wegener 根据西伯利亚最北端的观察结果，已经模糊地假设新生代北半球冰川作用回到了中新世 。这一假设可以通过挪威-格陵兰海的深海钻探项目的活动得到证实 ，后两个支路恢复了完全取芯的下第三纪和上第三纪沉积层序， 在挪威-格陵兰海和格陵兰岛周围的钻探地点，粗大的陆源沉积物成分连续冰漂流的迹象表明，自古近纪以来，该地区就存在冰山，冰山在融化时将其沉积负荷转移到海底。
　　JOIDES RESOLUTION 是第一艘成功的科学钻井船——伴随着重型破冰船 FENNICA——进入北冰洋，并从斯瓦尔巴特群岛北部的 Yermak 高原的新近纪和更新世沉积层中回收沉积物岩心。2004 年，ECORD 的 IODP远征北极取心取得了最壮观的细粒和粗粒 陆地冰筏记录。
　　当时由三艘破冰船组成的船队到达了罗蒙诺索夫海岭上非常靠近北极的位置，反映了船上沉积学家 St. John 观察自晚始新世以来不同浓度的粗粒和细粒冰筏碎屑。上始新世沉积物中冰漂流开始的确切年龄仍然是一个争论的主题，但很明显，这比迄今为止假设的要早得多，显然也早于南极洲的开始的冰川作用。后来在格陵兰岛以东的 ODP Site 913 证实了类似的极早发生。
　　粗粒冰筏沉积物成分的存在表明冰山的出现源于冰川或延伸到海洋的冰架 。对于海冰也可以带入的细粒材料来说，这并不是一件容易的事。因此，其他研究人员认为，基于诸如春季海冰覆盖的 IP 25和基于烯酮的夏季海面温度> 4  C 等代理指标，北极中部仅在晚中新世。
　　这同样质层状沉积物。适用于多年前从 Alpha Ridge 收集的上白垩纪生物硅它们的微化石似乎表明夏季海面温度为 10-15  C，但后来戴维斯等人对层状结构的详细分析记录了薄沙层之间的存在，表明冬季海冰进行了冰漂流，因此证明了强烈的季节性差异 。
　　四、是什么触发了古近纪北半球冰川作用的发生
　　这个问题留下了推测的空间，但寻求构造运动与大陆排水系统的起源和历史以及北极气候之间关系的想法绝不是新的，尽管可用的地层学和事件发生的时间在过去 20 年中已经完全改变。
　　Brinkhuis 等人发表了始新世北冰洋的古地理地图，当时Lomonosov Ridge 的 ACEX 钻孔岩芯中满江红-小孢子的出现表明温度明显高于后来。近代满江红是一种漂浮的淡水蕨类植物，多生活在亚热带淡水环境中。
　　在始新世时期，北冰洋仅通过浅海通道 与世界海洋相连。横跨西西伯利亚西部的图尔盖海峡将北冰洋与更南端的特提斯系连接起来，这表明当时的西伯利亚地台并未 向北倾斜。在挪威-格陵兰和拉布拉多海域的始新世钻孔岩芯中也观察到了满江红，显然记录了一个非常奇怪的事件，大量淡水进入北纬高纬度海域。
　　富含满江红的沉积物的沉积先于 ACEX 岩芯中的冰漂流开始，并且很容易将北半球冰川作用的开始与发生在欧亚板块南缘的板块构造过程联系起来，从而产生向北流向北冰洋的排水系统。
　　晚中生代和早新生代板块构造发展导致印度次大陆与南欧亚板块边缘发生碰撞，对西伯利亚地台的地貌产生了重要影响 ，西伯利亚地台从那时起形成了一个几乎完全排入北冰洋 的河流系统。深海床的年龄分布可以从已在全球海洋中绘制并允许定义板块构造演化的年代明确的磁异常分布中推断出来。五、北冰洋冰盖地质的发现
　　毫无疑问：尽管在北极周围的上白垩纪和古近纪沉积物中出现了＂角砾石＂，指寒冷温度的矿物构造，但晚中生代和早第三纪北冰洋有时是无冰的。没有人知道新生代北半球冰川作用发生的地点、确切时间或原因，但毫无疑问要早得多。
　　人们迫切的研究需要包括系统的未来北极深海钻探，在可靠和详细的现场调查和解决西伯利亚河流历史的基础上进行良好的区域覆盖，还需要勇敢的年轻一代极地地球科学家参与，因为要解决北半球这一激动人心的时期古环境史需要几十年的时间。
　　北极大学是年轻极地科学家最大的聚集地，它提供了合乎逻辑的最佳平台，以识别积极进取、面向国际和受过良好教育的年轻科学家，以实现这一目标。参考文献【1】Molnar P, Tapponier P (1975) 亚洲新生代构造：大陆碰撞的影响。
　　【2】St. John K (2008) 北冰洋中部的新生代冰筏漂流历史：罗蒙诺索夫海脊上的陆源砂。
　　【3】Thiede J、Jessen C、Kuijpers A、Mikkelsen N、Nørgaard-Pedersen N、Spielhagen RF (2011a) 海洋沉积物中记录的格陵兰冰原百万年历史。极地研究。
　　【4】Brinkhuis H、Schouten S、Collinson ME 等人（19 位合著者和 Expedition 302 科学家）(2006) 始新世北冰洋偶发性淡水表层水。自然。