曾几何时，我们的地理课本上是这样对北冰洋进行描述的：

北极地区气候严寒，北冰洋表面的绝大部分终年被海冰覆盖，是地球上唯一的白色海洋，而北冰洋中央的海冰已持续存在300万年，是永久性海冰。

然而，近期的一项研究表明，北冰洋存在“永久性海冰”的Flag可能要倒了！

近几日，《气候》期刊上刊登了一篇美国科学家的最新研究成果，该研究表明：

北冰洋的海冰正以前所未有的速度加速融化，北极地区将在2034年将迎来第一个无冰之夏。

北极海冰

其实，关于北冰洋冰川融化、海冰消失的判断早就在学术圈形成了默契，但关于海冰到底什么时候消失，此前并没有给出具体判读。因为全球气候是一个复杂的非线性系统，影响因素众多，仿真模型的建立非常困难。美国科学家通过计算机模型准确推算得到具体的年份，这在极地气候研究上尚属首次。

北冰洋的“瘦身”史

北冰洋是四大洋当中面积最小的一个，面积仅为1475万平方千米，不到太平洋的10%，如果不是北冰洋靠着常年被海冰覆盖，又位于地球的最北边，很可能是要被纳入大西洋或者太平洋的版图之中的。

可是，近几十年的勘探显示，北冰洋的海冰面积急剧减小，有可能在2034年迎来首个无冰之夏，北冰洋的“立家之本”正在消失。

为什么是“无冰之夏”呢？因为北冰洋和我们国家同属北半球，夏季气温最高。而这里的“无冰”也并非指北冰洋彻底无冰，因为加拿大北部群岛区域的海冰是被排除在外的。

其实，根据季节的变化，北冰洋的海冰面积在一年时间内处于动态循环之中：每年的1月份左右北冰洋地区气温最低，海冰结冰面积迅速扩张，在3月份达到峰值，而随着夏季的到来，气温回升，海冰融化，面积持续减小，一直到9月份达到最小值，9月份过后气温降低，北冰洋又重新形成了新冰。下图是一年之中北冰洋海冰的面积变化图。

海冰面积变化曲线

要想了解北冰洋海冰面积变化的详细数据，我们可以参考2019年9月25日发布的

《气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告》

，该报告评估了最新的关于海洋和两极地区冰冻圈的最新状况。

你不用担心这份报告里的数据是否准确，因为这份报告是由全球36个国家的104位顶级科学家撰写，历经80位科学家三轮审稿，引用论文的数量也达到了近7000篇之多，代表了当前学术界对极地地区气候研究的最权威论断。

联合国气候会议

那么，这份报告里讲述了哪些“不为人知”的事实呢？

报告指出：近年来，北极地区海冰及冰川面积迅速萎缩，

在有卫星观测的1979-2018年期间，北极9月份的海冰范围以每10年10%~15%的速度减少

，目前的海冰范围是至少1000年里的最小数值。

除了海冰面积较小，海冰也在持续变薄，同样是在

1979-2018年期间，5年以上的厚冰的面积减少了约90%

，在2006-2015年的不到10年之间，格陵兰冰盖平均每年减少的质量约为2660~3000亿吨。

2019年9月17日，北冰洋海冰范围达到了2019年的最小值，约为415万平方公里，比1980-2010年期间的气候平均值（628万平方公里）小约34%

，偏离气候态的幅度超过90%的百分位，这一数值仅比2012年数值大（2012年夏季的海冰面积仅为334万平方公里），是有现代观测记录以来海冰范围第二小的年份。

事实上，目前北极的海冰面积比上世纪六七十年代已经减少了40%之多，加上海冰变薄，总的冰量已经大幅度减少了约70%，这是一个非常危险的信号！

北极海冰减少，或是全球灾难的开始

北极海冰的减少，首当其冲的便是可怜的北极熊以及在海冰上换气的海豹了，海冰的减少会让北极熊的生存领域减小，最终因种群的生存空间以及食物减少而灭绝，这些都是气候领域老生常谈的话题了。

不过，这篇文章我们不谈这些老掉牙的内容，咱们谈点你可能不知道的故事。

海冰上栖息的北极熊

海冰减少，甲烷大爆发

北极海冰的减少，会诱发气候恶化等一系列的连锁反应，甲烷大爆发就是其中之一。由于北极地区的永久冻结带正在融化，密闭的海冰化成了可流动的湖泊，被长期“封印”着的甲烷以气泡形式从湖水中汩汩涌出。

北极甲烷

北极地区的甲烷储量巨大，这些甲烷很有可能是白垩纪等时期的植被死亡后由微生物分解产生，随着冰河期的到来，这部分甲烷与水结合，在低温下形成了固体的甲烷冰。要知道，同样体积下，固体甲烷冰中储存的甲烷大约是气体的160多倍。

随着北极越来越多的冰层开始解封，永久冻土层中的甲烷释放量成倍增加，而甲烷的释放不仅仅会造成非可再生能源的浪费以及环境的破坏，而且会加速全球变暖。

那么，为什么甲烷的释放会导致全球变暖呢？我们早在初中化学课堂上就了解到，甲烷在充分燃烧时的产物是二氧化碳和水，而二氧化碳是全球公认的导致气候变暖的决定性因素（下文我会对二氧化碳导致全球变暖的详细原理进行解释）。

甲烷燃烧的化学方程式

科学家勘探发现，除北极之外，仅东西伯利亚地区的永久冻土下就储存有5000亿吨的碳，而西伯利亚的这块永久冻土已经冰封有4万年历史之久，近些年随着温度的上升，冻土层开始融化，在不少地区已经开始出现甲烷大爆发的现象。

科学家表示，即使是按照目前发现的两极地区和西伯利亚的甲烷圈来计算，本世纪将会有1000亿吨的碳会以甲烷的形式从冻土中释放出来，其产生的二氧化碳将相当于人类270年的排放量。

而关于二氧化碳是如何导致全球变暖的呢？这就要提及一下太阳辐射了，因为地球上的能量的最终来源都要归功于太阳，地球接收到的太阳辐射越多，温度就越高，而二氧化碳等温室气体就在其中起到了增加太阳辐射吸收率的作用。

学过物理的同学们可能还记得，太阳辐射主要是短波辐射，地面辐射和大气辐射则是长波辐射。由于大气层对长波辐射的吸收能力较强，对短波辐射的能力较弱，所以当短波为主、长波为辅的太阳光照射到地球上时，长波成分会被大气层吸收，这部分占到总量的大约20%。一部分会被反射回宇宙，这部分占总量的30%，而剩下的50%则会透过大气层被地表吸收，这一过程给地球升温。

CO2导致温室效应的原理

太阳会向地球辐射能量，地球也会通过再辐射的方式向宇宙中回馈能量，地球向外界回馈能量的过程就是散热降温的过程。但是我们讲到，大气层吸收长波辐射的能力较强，而地球辐射正好就是长波辐射，所以地球辐射能量的95%会被大气层给吸收，仅有5%左右的能量被释放到宇宙。正是大气层对长波辐射的阻挡，才使得地球不能迅速降温。而阻挡的能力大小，则取决于二氧化碳和水蒸气等温室气体的多少。

下图显示了二氧化碳等气体对不同波段辐射的阻挡能力，横轴是波长，纵轴是吸收百分比。最上面的一栏中，红色为太空进入大气的波段，以可见光为主，蓝色为从大气进入太空的波段，以红外为主；第三栏显示了几种气体对波长的吸收曲线。

以二氧化碳为例，在长波区域有一个峰值产生，说明增加二氧化碳会吸收更多本来会输出到太空的能量，使得热量留在了地球。

不同气体对波长的吸收曲线

总之，二氧化碳等温室气体越多，则大气中吸收这部分能量的能力越强，则释放到宇宙的能量越少，则地球越不容易降温，全球变暖就此而生。

冰川融化

海冰减少，助推全球气温上升

别看北冰洋的面积仅为太平洋的1/10，它在气候调节中可有举足轻重的作用：

海冰的反照率大约是海洋的5倍多，海冰面积越大，将地球接收的太阳辐射反射回宇宙的能力就越强。

正因为如此，两极地区拥有比其他地区更低的温度，这大大延缓了地球气候变暖的步伐。所以说，北极地区的温度调节对全球气候起到了“放大”作用。

一方面，全球变暖会导致北极地区海冰加速融化。

在全球变暖的过程中，北极地区的增暖幅度可达全球平均值的两倍及以上。比如，过去30年间，地球平均升温不足1℃，但北冰洋大部分地区却上升了大约3℃。

另一方面，北极海冰减少还会反过来影响全球气候。

由于液态水比冰的热容量更大，北冰洋一旦在夏天失去海冰的覆盖，就会吸收并存储更多的热量，扰乱现有的洋流和大气循环路线。

下图所示为1850年工业革命到2007年以来的全球气温变化：上栏左图表示地面温度变化，右图显示对流层（对流层是地表到地表以上10公里左右的底层大气）平均温度变化，颜色越深代表温度越高，从图中可看出，北半球高纬度地区的温度变化更大。

下栏显示全球平均气温变化曲线，黑点代表了每年的平均温度，而蓝线以及蓝色区域是根据这些离散的数据进行拟合而成的曲线，可以清晰的看出，全球气温虽然跌宕起伏，但总体呈现出上升趋势，而且自进入2000年后温度一直处于快速爬升期。

温度上升曲线

海冰减少，加剧极端天气的发生

2015年，国家重大科学研究计划

“冰冻圈变化及其影响研究”

揭示了1979年到2012年欧亚大陆大气环流的时-空变化特征，及其与北极海冰消融的可能联系。该份研究报告显示：

海冰消融将有利于更强、更频繁的极端天气事件发生。

下图中，箭头表示在对流层底层与冬季异常气旋和反气旋的空间分布，褐色线表示冬季500hPa等位势高度线，黄色区域代表发生气候干旱事件，绿色区域代表冬季降水过多发生洪涝灾害，红色和紫色区域分别代表高温和低温等异常天气。可见，北冰洋海冰消失将加剧发生全球极端天气的频率。

北极海冰消融影响欧亚大陆气温和降水原理

海冰减少，加速海平上升面

根据中国气象局在2018年发布的《中国气候变化蓝皮书》数据，

1980年至2017年的37年间，我国沿海地区的海平面平均上升总计上升122毫米，速率大约为每年3.3毫米。

而且自2006年之2017年的这11年间，上升速率加快，达到了每年3.6mm。

无独有偶，联合国气候变化专门委员会也与2007年发布报告称，预计

本世纪海平面将上升180~600毫米，速度为每年2~6毫米

，与我国气象局提供的数据基本吻合，可见全球海平面上升是公认的事实。

而根据美国国家海洋和大气管理局的监控数据预测，

假设北冰洋地区的海冰全部融化，全球海平面可上升大约7m

，而根据英国《每日邮报》网站分析，

假设全球海冰全部融化，将使得海平面上升最少66米

。到时，世界上大部分国家都将淹没于海洋之中。

大家可能对海平面上升的数据并没有直观的感受，上升7米和66米对于咱们来说又有何差异呢？接下来请看下面分析：

在我国主要城市当中，上海平均海拔4.5米，广州海拔6.6米，南京海拔8.9米，台北海拔9米，海口海拔14米，武汉海拔23米，合肥海拔29.8米，北京海拔31.2米，香港海拔32米，沈阳海拔41.6米，杭州41米，长沙44.9米，南昌46.7米，济南51米，石家庄80.5米，福州84米，郑州110米，西安396米。

假设北冰洋的海冰全部融化，全球海平面上升7米。届时上海、广州等特大城市将淹没在海水之中，江苏、浙江的大部分城市也将消失。

全球海平面上升7米

假设北冰洋和南极洲的海冰全部融化，全球海平面上升66米。届时，包括南京、苏州和无锡在内的江苏全省将“全军覆没”，武汉、合肥等城市“中部塌陷”，山东省仅有泰安、青岛和威海露出海平面，山东半岛成为独立小岛。

全球海平面上升66米

假设包括青藏高原等高山上的冰川也全部融化，全球海平面上升幅度是否有可能超过100米呢？届时，革命老区江西、毛主席的家乡湖南也将相继沦陷，山东仅有泰山区域成为孤岛，中国东部重镇几乎全灭。

全球海平面上升100米

我们把脑洞开的更大一些，假设因为全球气候因为两极之地的冰川融化而“雪崩”，海平面上升到4000多米呢？届时，中国的青藏高原将成为全世界人民的避难所，彼时的地球才称得上是一颗真正的蔚蓝色的水球。

全球海平面上升4000米

人类行为是海冰减少的罪魁祸首

关于北极海冰减少的原因，大部分科学家将其归咎于人类活动的影响

，因为人类自进入工业社会以来，排放了过多的二氧化碳，进而导致了全球变暖，在这样的大环境下，两极之地未能逃脱加速融化的命运。目前世界上主流学者及媒体均持类似观点，组成了“人为成因说”的主要阵营。

不过，也有很多学者认为，人类社会的影响相对于地球来说微乎其微，真正导致北极地区海冰减少的主导因素是地球自身原因

，我且将这部分学者归类于“自然成因说”。在“自然成因说”中，地轴倾角的变化因素经常被提及。

我们知道，地球是始终围绕着一条中心轴旋转的，这叫做地球的自转，而这条中心轴被称作地轴。地轴并不真实存在，而是一条通过地心、连接南极和北极的假想轴。我们的初中地理教科书告诉我们地轴与黄道面垂线的夹角是23.5度，这就是地轴的倾斜角。

但是初中地理教科书没有告诉我们的是，地轴的倾斜角并不是一个固定的角度，地轴始终处于微小的移动之中。

天文学家表示，在1万年前，地球的自转轴比现在的倾斜角度更大。我们知道，地轴倾角更大意味着两极地区能接收到更多的太阳辐射，使得夏季更热。在这样的背景下，北极在1万年前就曾出现过无冰之夏。

因此，这部分学者也认为，即将发生的无冰之夏与1万年的现象并无明显区别，均属于自然现象，与人类行为无关。

其实，地球自转轴漂移的真相早就在20世纪就被科学家所知晓，20世纪的测量结果表明：气球自转轴每年大约会漂移10厘米左右，漂移的方向一般是向加拿大东北部的哈德逊湾移动。而自1899年以来的一百多年时间内，地球的自转轴已经移动了10.5米左右，下图所示的线条代表了地球自转轴漂移的方向。

地轴偏移示意图

上图中，浅蓝色表示极移，即地轴漂移这项运动，粉色线表示格陵兰岛冰川消融、黄色线代表冰后回弹，大红色表示地球内地幔对流。

我们把时间轴拉长到百万年尺度就能发现，几百万年来，地轴倾角始终在22.1~24.5°之间来回震荡，震荡周期大约是4万年，目前是23.5°，不过这个值正在逐渐变小。

百万年间地轴倾角变化曲线

然而，学者提出的“无冰之夏是由地球自转轴偏移导致”的理论获得了众多科学家的反对。科学家表示，地质学因素的改变都是极其缓慢的，至少以万年为单位。用这种极其缓慢的变化来解释当下海冰面积的急剧变化是站不住脚的。

那么，怎么能确定海冰减少、全球变暖是人为原因造成的呢？

科学推理讲究严谨，即使我们知道过多的温室气体排放会加剧全球变暖的步伐，但怎么确定现在全球变暖就是人类导致的呢？这在数学上类似于：A成立的必要条件是B，但并不等同于B是A成立的充分条件，这在数学推理中完全不对等的两个条件。

一般而言，如果我们要证明A会导致B，只需要在实验中分别做两组有A和无A存在的对比试验即可。但在论证全球变暖是否是人为造成的这个问题上，我们怎么去掉人为因素呢？而且地球只有一个，怎么做对比试验呢？

所以，目前为止科学家能做的仅仅是用计算机仿真来模拟两种不同的情形，即带有人为因素的情形（有人类影响）与不带有人为因素的情形（自然情形）。

下面三张图是IPCC第五次评估报告中关于这次对比试验的仿真结果，其中黑线是观测数据，红色区域是带有人为排放的23个模型模拟的结果，蓝色区域是去掉人为排放的模拟结果，三张图分别显示了陆面温度、海陆平均温度和海面的温度的数据。

对比试验曲线

从上面的仿真结果可以得出结论：无论是陆地温度、海洋温度还是海陆平均温度，在无人为因素影响的情况下并没有明显的温度上升趋势，而在人类过多排放的情形下，温度曲线则呈现出明显的上升趋势。

因此，人类行为确实是海冰减少、全球变暖的罪魁祸首！

避免全球气候灾难，人类大有可为

正如联合国秘书长古特雷斯所说，2020年是人类应对气候变化的关键一年。

一旦北冰洋的海冰融化，遭殃的是地球上的每一个生灵，正所谓“覆巢之下安有完卵”。

要想避免全球气候灾难，我们需要从今年开始行动，在下一个十年内实现相比2010年减排45%的目标。要完成这一“艰难的”目标，需要每个国家、每个公民贡献自己的力量，毕竟在节能减排这件光荣使命面前，人类大有可为！

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