加利福尼亚州内华达山脉的冰川可能正在全新世时期首次消失

《SCIENCE ADVANCES》：Glaciers in California’s Sierra Nevada are likely disappearing for the first time in the Holocene

本文通过宇宙辐射暴露年龄（cosmogenic nuclide exposure dating）和岩屑石暴露年龄技术，分析了美国加利福尼亚州内华达山脉四座主要冰川（Conness, Maclure, Lyell和Palisade）的 Holocene 期冰川覆盖历史。研究发现，Conness和Maclure冰川现代前沿暴露的基岩宇宙辐射年龄均小于100年，表明冰川在 Holocene 期间持续覆盖并多次掩埋这些区域。东 Lyell 冰川的前缘暴露年龄显示冰川在约7ka至3ka期间存在退缩与扩张交替现象。结合 Matthes 冰川碛年龄和地质记录分析，认为这些冰川在 Holocene 期间从未完全消失，反而在早期阶段（约11.7ka-7ka）存在持续的小规模冰川覆盖，与北美其他地区冰川历史一致。这一发现挑战了以往认为内华达山脉冰川在 Holocene 早期（10-3ka）缺失的观点，表明当前气候变暖导致的冰川消融是史无前例的。

　　近年来，科学家们对美国西部山脉冰川在全新世（过去约11,700年）的演化历史进行了深入研究，尤其是在加利福尼亚州的内华达山脉。这项研究揭示了该地区冰川活动的复杂性，挑战了过去认为冰川在全新世早期完全消失、直到约3,000年前才重新出现的观点。研究团队通过分析冰川前缘岩石中的宇宙成因核素碳-14和铍-10的浓度，以及冰川堆积物中的铍-10暴露年龄，发现两个较大的冰川——康内斯冰川和麦克卢尔冰川——在全新世期间一直存在，可能以冰川或覆盖有岩石和碎屑的冰川形式持续。此外，研究还发现靠近麦克卢尔冰川的小型冰川在约7,000年前出现了扩张现象，比之前认为的更早。这些结果表明，内华达山脉的冰川在晚全新世期间可能接近工业化前的规模，而一个完全无冰的内华达山脉则在全新世中是前所未有的。

冰川作为气候变化的敏感指标，其存在和变化对水文、生态和人类活动都有深远的影响。在约塞米蒂国家公园附近的东莱尔冰川，研究团队通过在冰川前缘的岩石中进行采样，发现这些岩石的暴露年龄大多在几百年到几千年内，其中一些样本显示了约8,000年的埋藏历史。这一结果表明，东莱尔冰川在全新世期间并未完全消失，而是经历了不同程度的退缩。同时，研究还发现，康内斯和麦克卢尔冰川的岩石暴露年龄极为年轻，几乎接近实验室背景值，这可能意味着这些冰川在较长时间内被冰覆盖，从而阻止了宇宙成因核素的积累。

这些发现不仅有助于理解冰川在全新世的演化过程，还对未来的冰川变化趋势提供了重要参考。当前，由于人为气候变化的影响，加州的高山冰川预计将在2100年前消失。然而，从历史角度看，这样的无冰状态在全新世中是罕见的，甚至可能在人类历史上从未出现过。研究团队指出，如果冰川在全新世早期和中期完全消失，那么现在出现的无冰状态将是前所未有的。这表明，未来的加州高山冰川环境可能是一个在当前间冰期中没有先例的状况。

研究还探讨了冰川退缩和扩张的机制，认为岩石和碎屑覆盖的冰川可能在温暖时期仍然存在。这种覆盖可以减缓夏季融化的速度，从而帮助冰川维持稳定的质量平衡。此外，研究团队利用模型模拟了冰川前缘岩石的宇宙成因核素演化过程，通过调整暴露和埋藏的时间段以及侵蚀速率，来验证样本数据。模型结果显示，冰川的扩张和退缩可能与区域气候的变化密切相关，如夏季温度和冬季降水的变化。

这些研究结果不仅对理解冰川的历史演变有重要意义，也为预测未来冰川的变化提供了科学依据。冰川的变化不仅影响当地的水文系统，还对生态系统和人类社会产生深远的影响。例如，冰川的退缩可能导致水资源减少，影响河流的流量和生态系统的稳定性。此外，冰川的消失还可能改变景观的形态，影响地表的侵蚀和沉积过程。

研究团队在实验设计上采用了多种方法，包括宇宙成因核素测年和模型模拟。他们采集了来自三个冰川前缘的岩石样本，并在实验室中进行了详细的分析。通过比较不同样本的暴露和埋藏历史，研究团队能够重建冰川的规模变化。同时，他们还使用了蒙特卡洛模型，通过调整不同的参数，来模拟冰川的演化过程，并验证模型结果与实际观测数据的一致性。

研究的成果为理解冰川在气候变化中的作用提供了新的视角。传统的观点认为，冰川在全新世早期完全消失，直到约3,000年前才重新出现。然而，新的数据表明，大型冰川在全新世期间可能一直存在，而小型冰川则在更早的时期出现扩张。这一发现对于评估当前冰川变化的速率和影响具有重要意义，同时也为未来冰川的预测提供了新的数据支持。

研究还强调了岩石和碎屑覆盖对冰川演化的影响。这种覆盖可以减缓冰川的融化，使得冰川在温暖时期仍然能够维持一定的规模。因此，即使在夏季温度升高、冬季降水减少的情况下，冰川仍然可能以不同的形式存在。此外，研究团队还指出，冰川前缘的沉积物记录可能受到多种因素的影响，如上游湖泊的沉积物截留、冰下沉积物的储存、冰川侵蚀性以及湖泊水位的变化等。这些因素可能导致沉积物记录与实际冰川变化之间的差异，因此需要通过其他方法进行验证。

研究的结论对于理解气候变化对冰川的影响具有重要的现实意义。在当前的全球变暖背景下，冰川的退缩速度加快，可能导致水资源的减少和生态系统的改变。因此，研究团队认为，未来的加州高山冰川环境可能是一个在当前间冰期中没有先例的状况，这需要进一步的监测和研究来确认。

总的来说，这项研究通过对冰川前缘岩石和堆积物的分析，揭示了冰川在全新世期间的持续存在和变化，挑战了传统观点，并为未来的冰川变化提供了新的视角和数据支持。这些发现不仅有助于理解冰川的历史演变，也为评估当前和未来的气候变化影响提供了重要的科学依据。