漂浮在斯瓦尔巴特群岛，挪威的冰川。 Sven-Erik Arndt / Arterra / Universal Images组（通过Getty Images）
Every year, sea ice cover in the Arctic Ocean shrinks to a low point in mid-September.每年1.44月中旬，北冰洋的海冰覆盖面积都缩小到最低点。 This year it measures just 3.74 million square miles (XNUMX million square kilometers) – the今年，它的面积仅为XNUMX万平方英里（XNUMX万平方公里）– 第二低的值 in the 42 years since satellites began taking measurements.自卫星开始进行测量以来的XNUMX年中。 The ice today covers only今天的冰只覆盖 50年前占地的40％ 在夏末。
This year's minimum ice extent is the lowest in the 42-year-old satellite record except for 2012, reinforcing a long-term downward trend in Arctic ice cover.除XNUMX年外，今年的最低冰面积是有XNUMX年历史的卫星记录中最低的，这增强了北极冰盖的长期下降趋势。 Each of the past four decades averages successively less summer sea ice.在过去的XNUMX年中，每年平均的夏季海冰数量均减少。 NSIDC
正如政府间气候变化专门委员会所表明的那样，大气中的二氧化碳水平是 比人类历史上任何时候都要高。 The last time that atmospheric CO2 concentrations reached today's level –大气中的二氧化碳浓度最后一次达到今天的水平– 约百万分之412 –是三百万年前， 在上新世时期.
作为研究的地球科学家 地球气候的演变 和 它如何创造生活条件，我们将北极不断变化的条件视为气候变化如何改变地球的指标。 If global greenhouse gas emissions continue to rise, they could return the Earth to Pliocene conditions, with higher sea levels, shifted weather patterns and altered conditions in both the如果全球温室气体排放量继续增加，它们将使地球回到上新世的状况，海平面更高，天气模式发生变化，而且两个地区的状况都发生了变化。 自然界 和 人类社会.
上新世北极
我们是一个科学家团队的一部分，他们分析了来自 埃尔吉吉金湖 in northeast Russia in 2013 to understand the Arctic's climate under higher atmospheric carbon dioxide levels.于XNUMX年在俄罗斯东北部了解大气在较高二氧化碳水平下的北极气候。 Fossil pollen preserved in these cores shows that the Pliocene Arctic was very different from its current state.这些岩心中保存的化石花粉表明，上新世北极与其当前状态有很大不同。
今天的北极是只有稀疏树木的无树平原 苔原植被，例如草，莎草和一些开花植物。 In contrast, the Russian sediment cores contained相比之下，俄罗斯的沉积核心 落叶松，云杉，冷杉和铁杉等树木的花粉。 This shows that这表明 北方森林今天，它在俄罗斯的西南部和阿拉斯加的北极圈以数百英里的距离结束，曾经穿过俄罗斯的大部分北极和北美地区一直到达北冰洋。
Because the Arctic was much warmer in the Pliocene, the Greenland Ice Sheet did not exist.由于上新世的北极要温暖得多，因此格陵兰冰盖不存在。 Small glaciers along Greenland's mountainous eastern coast were among the few places with year-round ice in the Arctic.格陵兰多山的东部沿海地区的小冰川是北极常年结冰的少数地方。 The Pliocene Earth had ice only at one end – in Antarctica – and that ice was上新世地球仅在南极的一端有冰，而那冰是 不太广泛，更容易熔化.
Because the oceans were warmer and there were no large ice sheets in the Northern Hemisphere, sea levels were 30 to 50 feet (9 to 15 meters) higher around the globe than they are today.由于海洋变暖，北半球没有大冰原，因此全球海平面比今天高XNUMX至XNUMX英尺（XNUMX至XNUMX米）。 Coastlines were far inland from their current locations.海岸线远离其当前位置向内陆。 The areas that are now California's Central Valley, the Florida Peninsula and the Gulf Coast all were underwater.现在加利福尼亚州的中央山谷，佛罗里达半岛和墨西哥湾沿岸的地区都在水下。 So was the land where major coastal cities like New York, Miami, Los Angeles, Houston and Seattle stand.纽约，迈阿密，洛杉矶，休斯敦和西雅图等主要沿海城市所处的土地也是如此。
今天美国西部减少的积雪越冬，这些天 供应该地区大部分水。 Today's Midwest and Great Plains were so much warmer and dryer that it would have been impossible to grow corn or wheat there.今天的中西部和大平原气候温暖干燥，以至于在那里不可能种植玉米或小麦。
上新世为什么会有这么多的二氧化碳？
How did CO2 concentrations during the Pliocene reach levels similar to today's?在上新世期间，二氧化碳的浓度如何达到今天的水平？ Humans would not appear on Earth for at least another million years, and our use of fossil fuels is even more recent.人类至少要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了。 The answer is that some natural processes that have occurred on Earth throughout its history release CO2 to the atmosphere, while others consume it.答案是，地球自始至终发生的某些自然过程会将COXNUMX释放到大气中，而其他过程则将其消耗掉。 The main system that keeps these dynamics in balance and controls Earth's climate is a natural global thermostat, regulated by rocks that使这些动力学保持平衡并控制地球气候的主要系统是天然的全球恒温器，由岩石调节 与二氧化碳发生化学反应 并将其拉出大气层。
The Greenhouse Effect leads to increases in surface temperatures and, in some places, rainfall.温室效应会导致地表温度升高，在某些地方还会导致降雨。 Together these accelerate silicate rock weathering.这些共同促进了硅酸盐岩的风化。 Faster weathering in turn removes more CO2 from the atmosphere (yellow arrow).更快的风化反过来又从大气中清除了更多的CO2（黄色箭头）。 The strength of the Greenhouse Effect relies on atmospheric COXNUMX levels.温室效应的强度取决于大气中的二氧化碳水平。 格雷沙姆/维基百科
In soils, certain rocks continually break down into new materials in reactions that consume CO2.在土壤中，某些岩石会在消耗COXNUMX的反应中不断分解为新材料。 These reactions tend to speed up when temperatures and rainfall are higher – exactly the climate conditions that occur when atmospheric greenhouse gas concentrations rise.当温度和降雨量更高时，这些反应趋于加速-恰好是大气中温室气体浓度升高时发生的气候条件。
But this thermostat has a built-in control.但是此恒温器具有内置控件。 When CO2 and temperatures increase and rock weathering accelerates, it pulls more CO2 from the atmosphere.当二氧化碳和温度升高并且岩石风化加速时，它将从大气中吸收更多的二氧化碳。 If CO2 begins to fall, temperatures cool and rock weathering slows globally, pulling out less CO2.如果二氧化碳开始下降，全球温度将变凉，岩石风化速度将减慢，从而减少二氧化碳的排放。
Rock weathering reactions also can work faster where soil contains lots of newly exposed mineral surfaces.在土壤中含有大量新暴露的矿物表面的地方，岩石的风化反应也可以更快地起作用。 Examples include areas with high erosion or periods when Earth's tectonic processes pushed land upward, creating major mountain chains with steep slopes.例如，侵蚀严重的地区或地球的构造过程将土地向上推，从而形成具有陡坡的主要山脉。
The rock weathering thermostat operates at a geologically slow pace.岩石风化恒温器在地质上运行缓慢。 For example, at the end of the Age of Dinosaurs about 65 million years ago, scientists estimate that atmospheric CO2 levels were between 2,000 and 4,000 parts per million.例如，在大约50万年前的恐龙时代结束时，科学家估计大气中的二氧化碳含量在每百万分之400至XNUMX之间。 It took over XNUMX million years to reduce them naturally to around XNUMX parts per million in the Pliocene.在上新世，花了五千万年的时间自然将它们减少到百万分之四百。
Because natural changes in CO2 levels happened very slowly, cyclic shifts in Earth's climate system were also very slow.由于二氧化碳水平的自然变化非常缓慢，因此地球气候系统的周期性变化也非常缓慢。 Ecosystems had millions of years to adapt, adjust and slowly respond to changing climates.生态系统有数百万年的时间来适应，调整和适应气候变化。
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夏季热浪正在改变西伯利亚北部，使永久冻土融化并为大规模野火创造条件。
像上新世的未来？
2年工业时代来临，大气中的二氧化碳停留在大约 280百万分之一。 It has taken humans only 200 years to completely reverse the trajectory begun 50 million years ago and return the planet to CO2 levels not experienced for millions of years.人类仅用了XNUMX年的时间就完全扭转了XNUMX万年前开始的轨迹，并使地球回到了数百万年来从未经历过的二氧化碳水平。
Most of that shift has happened since World War II.自第二次世界大战以来，大部分转变已经发生。 Yearly increases of 2-3 parts per million now are common.现在很普遍每年增加百万分之1880-XNUMX的比例。 And in response, the Earth is warming at a fast pace.作为回应，地球正在快速变暖。 Since roughly XNUMX the planet has warmed by自大约XNUMX年以来，地球已经变暖 1摄氏度（2华氏度） –比地球过去65万年的任何变暖事件快许多倍。
In the Arctic, losses of reflective snow and ice cover have amplified this warming to +5 C (9 F).在北极地区，反射性积雪和冰层的损失使这种变暖增加到+XNUMX C（XNUMX F）。 As a result, summertime Arctic sea ice coverage is trending lower and lower.结果，夏季北极海冰覆盖率呈下降趋势。 Scientists project that the Arctic will be科学家预测北极将成为 夏季完全无冰 在接下来的二十年内。
This isn't the only evidence of drastic Arctic warming.这不是北极急剧变暖的唯一证据。 Scientists have recorded科学家有记录 夏季极端融化率 XNUMX月上旬，加拿大在努纳武特地区剩下的最后一个冰架， 倒塌入海。 部分 北极西伯利亚 和 斯瓦尔巴北冰洋上的一群挪威岛屿，今年夏天达到创纪录的高温。
Coastal cities, agricultural breadbasket regions and water supplies for many communities all will be radically different if this planet returns to a Pliocene CO2 world.如果这个星球重返上新世的二氧化碳世界，沿海城市，农业粮仓地区和许多社区的供水将完全不同。 This future is not inevitable – but avoiding it will require big steps now to decrease fossil fuel use and turn down Earth's thermostat.未来并非不可避免–但是要避免这种情况，现在需要采取重大步骤来减少化石燃料的使用并降低地球的恒温器。
作者简介
地球科学教授Julie Brigham-Grette， 马萨诸塞大学阿默斯特分校 和地球科学副教授Steve Petsch， 马萨诸塞大学阿默斯特分校
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