世界林业大讲堂 | 冰盖：生态系统调节器

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第二十九讲

水是生命之源，在适宜的温度条件下，加上其他数不清的因素才有了地球生命系统，才产生了生命，才有了我们人类。地球上97%的淡水，储存在极地的冰盖。冰盖承担着淡水存储、温度调节等基础性的生态功能。

调节淡水和温度的冰盖

地球上的冰

在地球表面，存在着大量的水，这些水多数是海水，海水蒸发到空中变成淡水，在寒冷的地方，变成雨、雪、冰、雹、霜等降落到地面，滋润着大地。在寒冷或高山地区就结成大面积的冰体，这些冰在山地兼做冰川，在极地叫冰架，在南极和格陵兰叫做冰盖。由于这些冰包含的土壤颗粒或气泡等杂质的差异，它可以呈现透明及或多或少不透明的蓝白色。之所以干净的冰会是淡蓝色的，是因为冰由氢和氧组成的化学结构。

一般情况下，地球表面和大气层中的所有冰都是六角形的结晶结构。水分子结成冰，由于温度和压力的差异，变成的冰分子可以表现出18种以上的不同相（填充几何）。在太阳系中，冰是丰富的，在太阳系之外，冰以星际冰的形式出现。

被冰覆盖的大片土地叫做冰原、冰原地球或冰川，覆盖面积大于5万平方公里的叫做冰盖，也被称为大陆冰川，目前地球上的冰盖主要是南极冰盖和格陵兰冰盖。覆盖面积小于5万平方公里的冰被称为冰帽。冰帽通常会连着周围的几个较小的冰川。

冰架则是在重力作用下，冰川从较高地区向较低的海平面移动，当大陆上的冰川入海后形成底部架空的大片冰层。冰架是冰的厚浮动平台，形成冰川或冰盖向下流到海岸线和海洋表面的地方。冰架的厚度范围可以从大约100米到1000米。冰架只能在南极洲、格陵兰、加拿大和俄罗斯北极地区找到。冰架入海，断裂后，漂在海上形成冰山。美国国家航空航天局（NASA）和大学研究人员在2013年6月14日出版的《科学》杂志上发表的一项研究发现，南极冰架下面的海水融化是该大陆大部分冰架质量损失的原因。

1991年南极的俄罗斯冰架

相比之下，海冰在水面上形成，厚度通常小于3米，整个北冰洋的冰属于海冰，在夏季，洋面上的冰会融化，到了寒冬，海水会再次结冰，在南极洲大陆周围的南大洋也有很多海冰。

地球上的冰期

地球上的冰是在正常的压力下，温度降到零摄氏度以下，液体的水变成固体的结晶。在温度降低的一般地质时期，通常被称为冰河时期。在冰河时期，地球表面和大气温度长期处于较低状态，导致冰盖和高山冰川扩张。在长期的冰河时代，温度较低的寒冷时期被称为“冰期”（或者 “冰河时代”），间歇性的暖期被称为“间冰期”，冰河时代意味着北半球和南半球都存在大量的冰盖，格陵兰岛、北极和南极冰盖是最后一个冰期的遗留物。

地球 历史 上至少有胡罗尼安、成冰纪、安得安-萨哈拉、卡鲁冰河时期和第四纪冰河时代5个主要的冰河时代。在这些时代之外的时间里，即使在高纬度地区，地球似乎也没有冰。为什么地球会有冰期，科学家洛夫洛克给出了自己的解释，这种解释并不是唯一的解释，但却是科学是合乎逻辑，被很多人接受的解释。

最古老的胡罗尼安冰河时期形成于24亿-21亿年前，可能与地球的大氧化时代有关，大量甲烷被氧化，温室气体减少，气候变冷，导致地球上的水大量结冰，形成冰期。发生在6.3亿-8.5亿年的冰期产生了一个冰的地球，地质学研究表明，在那个时代，冰川冰盖到达赤道附近。在随后的时间里由于冰期的寒冷，地球上的植物和其他能进行光合作用的生物减少，地球上的二氧化碳等温室气体的持续积累，形成了寒武纪生物大爆发。

泥盆纪时期陆地植物的演变导致了行星氧气水平的长期增加和二氧化碳水平的降低，从而导致了卡鲁冰河时代，它以南非卡鲁地区发现的冰川潭命名，该冰川时代的证据首先被清楚地识别出来。在石炭纪和早二叠世时期，南非在3.6亿-2.6亿年间有大量的极地冰盖。

第四纪冰川/第四纪冰期，始于大约258万年前的第四纪初，当时北半球的冰盖开始蔓延。从那时起，世界已经看到冰川的冰川周期在4万年和10万年的时间尺度上前进和后退，称为冰期、冰川或冰川进展，间冰期或冰川退缩。地球目前处于间冰期，最后一次冰期于大约1万年前结束。大陆冰盖的剩余部分是格陵兰和南极冰盖以及巴芬岛等较小的冰川。

2016年《科学》杂志发表了关于火星最近极端冰河时代的证据。仅仅37万年前，这颗行星就出现白色而不是红色。

融化的冰盖

数千年来，海平面保持相对稳定，人类 社会 沿着地球的海岸线定居。但是现在地球的海洋正在上升。在全球范围内，自20世纪初以来，海平面上升了大约20厘米，仅在过去20年中就增加了5厘米。

海平面上升6米后淹没的土地（红色部分）的模拟图

自1992年以来，美国国家航空航天局一直在从太空记录海面的高度。NASA总部的冰冻圈计划科学家汤姆瓦格纳说：“如果冰盖迅速分崩离析，海平面上升可能会在一两个世纪内升高4米。” NASA模拟了海平面上升6米以后的全球地图，资料显示，到这种情况发生的时候，地球上最重要的沿海将会全部成为大海的一部分。

2002年，美国宇航局和德国航天局发射了重力恢复和气候实验（GRACE）双卫星。它们每30天测量一次地球周围质量和重力的运动。GRACE记录了全球各地的水流动。另一个新系统是多国Argo阵列，这是一个由3000多个浮动海洋传感器组成的网络，分布在整个开阔的海洋中。第三个是Jason系列。这些都是为研究海平面上升而设计的系统。Jason系列的观察表明，海平面上升的2/3来自融化的陆地冰川，其余的来自海水自身变暖。

美国宇航局还在2003年至2009年部署了冰云和陆地高程卫星（ICESat），以利用激光脉冲绘制极地冰盖高度的变化图。其他太空机构使用雷达仪器测量冰川速度以及表面地形，例如欧洲航天局的CryoSat-2卫星。空中飞行任务，如美国国家航空航天局的冰桥行动，使用仪器对这些测量结果进行补充，这些仪器可以绘制冰下基岩地形图，确定冰层厚度并表征其内部层，同进检测覆雪的深度。

格陵兰冰盖覆盖了171万平方公里，约占格陵兰表面的80%。它是世界上仅次于南极冰盖的第二大冰体。该冰盖南北方向长约2400公里，最大宽度为1100公里。冰的平均高度是2135米，厚度一般超过2公里，最厚处超过3公里。如果前部融化，地球的海平面将升高6米。

格陵兰的冰盖由10万多年的压缩雪组成，冰中保存着今天最有价值的过去气候记录。在过去的几十年里，科学家已经钻出了长达4公里的冰芯。科学家们利用这些冰芯获得了关于温度、海洋体积、降水、低大气层化学和气体组成、火山爆发、太阳变异性、海面生产力、沙漠范围和森林火灾的资料。这种气候代表比任何其他自然气候记录的信息要多得多。

南极冰盖覆盖了近1400万平方公里，面积比美国和印度加起来还要大，容纳了大量的淡水，如果全部融化，可以使海平面上升57米。研究表明，格陵兰岛和西南极洲的冰川融化正在加速。自2004年以来，格陵兰岛每年平均减少303亿吨冰，而南极洲每年平均减少118亿吨冰，其中大部分损失来自西南极洲。

对气候变化影响

根据相关的研究，全球气温明显高于过去65万年，至少是过去74万年来最高的气温。到2100年，生态系统将暴露在温度升高的大气环境中。预计随着未来气候变化，生态系统受到的严重破坏将会增加。地球生态系统被扰乱以后，会出现包括火灾、干旱、虫害、物种入侵、风暴和珊瑚漂白问题。

气候变化造成的压力，加上对生态系统的其他压力(如土地转换、土地退化和污染)，有可能对某些独特的生态系统造成重大破坏或完全丧失，并使一些物种灭绝。

北极融化后的北极熊

据估计，气候变化是造成寒冷的针叶林、热带草原、地中海气候系统、热带森林、北极苔原和珊瑚礁生物多样性丧失的主要原因。在其他生态系统中，土地使用的变化可能是生物多样性丧失的一个更有力的驱动因素，至少在近期是如此。2050年以后，气候变化可能是全球生物多样性丧失的主要驱动因素。

研究表明，从20世纪中期以后，地球正在经历一段气温升高的重要气候变化时期。科学研究已经观察到气候变化的许多影响，包括冰川消退、季节性物候事件的时间和区域变化（例如植物较早开花、原来生长在较温暖区域的植物会向原来温度较低的区域移动等）、农业生产力的变化、海平面上升、极端气候的变化、北极海冰范围的缩小和冰川的后退等。一些研究表明，如果全球平均气温，相对于1980-1999年的全球气温上升超过1.5至2.5摄氏度，将主要对生物多样性和生态系统商品和服务，如水和粮食供应，产生负面影响。

世界各国对于气候变化的认识不尽一致，主要是气候问题的原因和负面影响对于世界各国并不相同。一些人认为，气候变暖是自然现象，节能减排没有什么作用，无非是发达国家制约发展中国家的一种 游戏 而已，此所谓“阴谋论”也。一些发达国家也不愿意为了世界节能减排承担更多的义务，因为让自己为发展中国家承担减排义务的成本会很高，此所谓“各扫自家门前雪”论。一些新兴国家，并不愿意丧失发展的机遇，因为降低发展速度的结果，没有人会接受，此所谓“嘴上说一套，行动做一套”。

评估生态系统未来的变化有益还是有害，在很大程度上取决于人类 社会 如何评价生态系统对于自身的价值。或者很多人对于气候变暖还仅仅是听说而已，或者都是科学家耸人听闻的推测而已。或者在全球面临气候灾难的情况下，人类 社会 已经没有能力关心生态系统中生物多样性的变化。或者气候变暖导致海平面上升，仅仅关系到部分岛国的利益，或者海平面上升对于人类 社会 的影响，都能够通过工程措施加以解决。

按照联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）的相关报告，可以从敏感性和脆弱性的角度来考虑气候变化的影响。“敏感性”是指某一特定系统或部门可能受到气候变化和/或气候多变性积极或消极影响的程度。“脆弱性”是指某一特定系统或部门可能在多大程度上受到气候变化的不利影响。

人类 社会 对气候变化的敏感性各不相同。对气候变化敏感的部分包括水资源、沿海地区、人类住区和人类 健康 。对气候变化敏感的行业包括农业、渔业、林业、能源、建筑业、保险业、金融服务业、 旅游 业和 娱乐 业。

专家简介

朱永杰

北京林业大学管理学教授，博士生导师；1986年留学美国，学习商业管理，有很强的英语交流能力；完成《中国湿地保护行动计划》《大小兴安岭林区管理体制改革》等课题的研究；参与了全球环境基金、世界银行等涉外项目管理专家咨询工作；参与了天然林保护、京津风沙源治理、退耕还林等林业重点工程和国有林区改革及国有林场、自然保护区管理等咨询工作和课题研究工作；著有《世界林业简史》等。

来源 | 中国绿色时报6月28日

【世界林业大讲堂第二季】

第1讲：自然世界生态系统

第2讲：国家公园的前世今生

第3讲：国家公园管理局的使命

第4讲：大地霓裳之辽阔草原

第5讲：草原往事: 斯大林改造大自然工程

第6讲： 辽阔草原之和谐交响曲

第7讲：文明生态锦绣平原

第8讲：都市新 时尚 ：袖珍公园

第9讲：陆地之巅灵秀高山

第10讲：地球公主妖娆河流

第11讲：世界典范：拯救莱茵河

第12讲： 大地明珠多情湖泊

第13讲：北美大湖区的管理借鉴

第14讲：干涸大地寂寥沙漠

第15讲：漫漫沙漠绿色工程

第16讲：多样生态梦幻湿地

第17讲：湿地驿站鸟类天堂

第18讲：荒凉大地泥炭冰原

第19讲：水陆天相接的海岸

第20讲：五彩缤纷的季节森林

第21讲：生态主体苍莽森林

第22讲：陆地碳库泰加森林

第23讲：亟待保护的刚果雨林

第24讲：高效木材生产者温带雨林

第25讲：纯粹自然天边荒野

第26讲：生态系统混合体亚马孙

第27讲：动物之家稀树草原

第28讲：蓝碳生态系统

【世界林业大讲堂第一季】精华集粹：

他们怎样改变世界林业面貌

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