去年秋天，当北极滑入半黑暗状态时，它似乎进入了暮光之城。在短短几个月内，发生了各种奇怪的事情。
覆盖北冰洋的海冰盖本应开始增长，却开始缩小。北极的温度有时会比正常水平高出 20 °C 以上。而当北极熊在哈德逊湾的海岸线上徘徊，等待水面结冰时，它们与人类的冲突数量也创下了纪录。
这鲜明地表明了气候变化正在以多快的速度重塑遥远的北方。如果说去年秋天很奇怪，那么真正让科学家们担心的是夏天。研究人员表示，早在 2030 年，北冰洋在一年中最温暖的月份里就可能基本上失去所有冰——这种剧烈的转变将颠覆北极的生态系统，并扰乱许多北部社区。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过 订阅来支持我们屡获殊荣的新闻报道。通过购买订阅，您正在帮助确保未来那些关于塑造我们当今世界的发现和想法的重要故事能够继续被报道出来。
变化也会蔓延到该地区之外。北冰洋的蓝色面积日益扩大可能会加剧全球变暖的趋势，甚至扰乱全球的天气模式。伦敦大学学院的海冰研究员朱莉恩·斯特罗夫说：“这不仅仅是北极熊或海豹的问题，我们所有人都是依赖冰的物种。”
随着无冰北极夏季的临近，科学家们正在努力了解北方的居民将如何生活，哪些动物面临最大的风险，以及各国是否可以通过保护小型冰雪避难所来拯救它们。
但当一些研究人员进一步展望未来时，他们看到了保留希望的理由。纽约市巴纳德学院的海冰研究员斯蒂芬妮·菲尔曼说，如果社会能够设法扭转温室气体浓度飙升的局面——正如一些人认为最终会发生的那样——那么使得北极海冰容易迅速融化的物理原理也可能允许它重新生长。
她和其他科学家表示，现在是时候超越北极的衰落，开始思考如何恢复海冰了。这引发了有关夏季冰雪可能以多快的速度回归，以及它能否以足够快的速度重新生长以拯救北极物种的争议性问题。各国甚至可以通过地球工程快速冷却气候，以扭转北方最剧烈的变化吗？
菲尔曼和她的同事去年发表了一篇论文，旨在启动关于各国如何为冰雪再生进行规划以及他们是否会欢迎冰雪再生的更广泛对话。科学家们说，只有考虑到遥远未来的所有可能性，世界才能始终领先于不断变化的北极。“我们已经承诺了下一代的北极，”菲尔曼说。“接下来会发生什么？”
蓝色时期
菲尔曼记得她第一次意识到北极解体速度有多快。那是 2007 年 9 月，她正准备发表演讲。她上网下载最新的海冰地图，发现了一些令人不安的事情：北极冰的范围已经缩小到超过了历史最低记录，而且还在继续下降。“哦，不！它正在发生，”她想。
虽然菲尔曼和其他人知道北极海冰正在缩小，但他们没想到会在 21 世纪中期之前看到如此极端的冰雪损失。“这是一个警钟，表明我们基本上已经没有时间了，”她说。
从理论上讲，世界仍然有可能阻止夏季海冰的完全消失。全球气候模型表明，如果各国履行其对新批准的《巴黎气候协议》的承诺（该协议将全球变暖限制在工业化前温度以上 2 °C），那么大约 300 万平方公里——大约是近几十年来夏季最低覆盖范围的一半——可能会存活下来。
但海冰研究人员并不指望这一点。模型过去一直低估冰雪损失，这让科学家们担心未来几十年的下降速度将超过预测。而且，考虑到各国迄今为止为应对气候变化所做出的有限承诺，许多研究人员怀疑世界将超过 2 °C 的目标，这几乎保证了夏季无冰（预计冬季冰雪将持续更长时间）。
美国国家海洋和大气管理局驻华盛顿州西雅图的海洋学家詹姆斯·奥弗兰说，在最好的情况下，由于高纬度地区会加剧变暖的过程，北极的温度将上升 4–5 °C。“我们真的不知道这会造成多大的破坏。”
北极的 400 万居民——包括 40 万土著人民——将感受到冰雪流失的最直接影响。根据华盛顿特区布鲁金斯学会 2013 年的一份报告，随着永久冻土融化和海岸线在没有海冰缓冲的情况下免受强烈风暴的影响而崩塌，许多沿海社区（如阿拉斯加的许多社区）将被迫搬迁。格陵兰岛的居民将发现很难在海冰上旅行，而西伯利亚的驯鹿牧民可能难以喂养他们的动物。与此同时，随着开放水域允许更容易地进入渔场、石油和天然气矿藏以及其他收入来源，新的经济机会将会出现。
居住在中纬度地区的人们也可能无法幸免。新兴的研究表明，北极的开放水域可能有助于加剧天气事件，例如最近几个冬天美国、欧洲和亚洲的寒潮。
事实上，其影响可能会波及全球。这是因为海冰通过反射阳光并阻止北冰洋吸收热量来帮助地球降温。反过来，保持当地的空气和水温较低会限制格陵兰冰盖和永久冻土的融化。随着夏季冰雪的消失，格陵兰的冰川可能会更多地导致海平面上升，而永久冻土可能会释放其储存的甲烷等温室气体。这就是北极冰的巨大影响力。
马萨诸塞州剑桥市忧思科学家联盟的气候科学主管布伦达·埃克伍泽尔说：“这确实是全球气候的尾巴在摇狗。”
但北极生态系统将受到最大的打击。例如，2007 年，阿拉斯加的生物学家注意到一些奇怪的事情：大量海象爬上了楚科奇海的海岸。从上方看，它看起来像伍德斯托克音乐节——有象牙——成千上万的胖乎乎的鳍足动物挤满了无冰的海岸线。
通常情况下，海象会在浅海海底觅食时栖息在海冰之上。但那一年，以及此后的几乎每一年，海冰的退缩使得在夏末这样做变得不可能。太平洋海象已经适应了在陆地上休息，但美国鱼类和野生动物管理局的科学家担心它们的数量将继续下降。在这里和整个地区，北极融化的影响将波及整个生态系统。
在海洋中，在开放水域中繁茂的光合浮游植物将取代在冰上生长的藻类。一些模型表明，到 2100 年，季节性无冰北极的生物生产力可能会增加多达 70%，这可能会进一步增加北极渔业的收入。（为了防止海鲜抢购潮，五个北极国家已同意暂时避免在国际水域进行不受管制的捕捞。）太平洋海洋环境实验室的北极哺乳动物专家苏·摩尔说，许多鲸鱼似乎已经从丰富的食物中受益。
但不断变化的北极将对那些生命周期与海冰密切相关的物种构成挑战，例如海象和北极海豹，以及在陆地上没有太多食物的北极熊。研究表明，如果北极大部分地区的无冰季节过长，许多动物将会饿死。加拿大埃德蒙顿阿尔伯塔大学的生物学家安德鲁·德罗舍说：“基本上，你可以忽略大多数南部种群。”这些发现促使美国鱼类和野生动物管理局在 2008 年将北极熊列为受威胁物种。
最后的冰
依赖冰的生态系统可能在格陵兰和加拿大的崎岖北部海岸存活的时间最长，模型表明，在北极其他地区开放后，那里将保留约 50 万平方公里的夏季海冰。风的模式导致冰在那里堆积，而冰的厚度——以及高纬度——有助于防止它融化。纽约州帕利塞德斯哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站的海洋学家罗伯特·牛顿说：“西伯利亚海岸线是冰的工厂，而加拿大北极群岛是冰的坟场。”
世界自然基金会等组织已提议将这个“最后冰区”作为世界遗产地进行保护，希望它能够成为许多北极物种的救生圈。去年 12 月，加拿大宣布至少会考虑将该地区划为保护区，土著群体也表示有兴趣帮助管理该地区。（在离任之前，时任美国总统巴拉克·奥巴马与加拿大总理贾斯汀·特鲁多一道承诺，到 2020 年保护两国 17% 的北极陆地和 10% 的海洋区域。）
但最后的冰区作为北极的诺亚方舟也存在局限性。一些物种并不生活在该区域，而生活在那里的物种数量也很少。据德罗谢尔估计，如今最后的冰区中仅有不到 2000 头北极熊，这只是北极总数约 25000 头的冰山一角。未来那里能容纳多少熊，取决于生态系统如何随着气候变暖而演变。
该区域可能比全球气候模型所显示的更为脆弱。加拿大蒙特利尔麦吉尔大学的冰研究员布鲁诺·特伦布莱和加拿大魁北克的独立气候顾问大卫·胡阿德，利用高分辨率海冰和海洋模型研究了这个避难所的命运，该模型更好地呈现了加拿大群岛各岛屿之间的狭窄通道。
在世界自然基金会委托撰写的一份报告中，他们发现冰实际上可能会在岛屿之间偷偷溜走，并向南流动到纬度较低的地区融化。根据该模型，特伦布莱说，“即使是最后的冰区，也会被更有效地冲刷出去”。
如果北极的未来看起来很糟糕，那么还有一个乐观的来源：只要地球再次降温，夏季海冰就会恢复。“这不是一个不可逆转的过程，”斯特罗夫说。“即使全部消失了，你也可以让它恢复。”
与陆基冰盖不同，陆基冰盖的消长需要数千年，并且滞后于气候变化，海冰只要夏季气温足够低就会重新生长。但是，确定海冰恢复的确切阈值很棘手，德国汉堡马克斯·普朗克气象研究所的海冰研究员德克·诺茨说。根据模型预测，研究人员认为该阈值徘徊在百万分之 450 (ppm) 左右，比今天高约 50 ppm。但是，温室气体浓度并非影响冰层再生的唯一因素；这还取决于该地区夏季无冰的时间长短，这决定了北冰洋中能积聚多少热量。
诺茨和他的同事利用全球气候模型研究了温室气体和海洋温度之间的相互作用。他们将二氧化碳浓度从工业化前的 280 ppm 增加到 1100 ppm，略高于如果不对温室气体排放采取重大行动，到 2100 年预计的 1000 ppm。然后，他们将二氧化碳浓度保持在该水平数千年。
这导致冬季和夏季海冰都消失殆尽，并使海洋变暖。然后，研究人员将二氧化碳浓度降低到夏季冰层本应恢复的水平，但直到海洋有机会冷却下来后才重新生长，这花费了数个世纪的时间。
相比之下，如果北极在温室气体下降之前经历了相对较短的无冰夏季，那么模型表明冰层会更快地重新生长。根据牛顿、普菲尔曼及其同事的说法，假设各国采取非常积极的措施来降低二氧化碳水平，理论上这可能会在本世纪末开始发生。因此，诺茨说，即使社会无法阻止未来几十年夏季海冰的消失，采取行动控制二氧化碳浓度仍然可以使以后的冰盖再生更容易。
全球降温
考虑到利害关系，一些研究人员提出了全球范围的地球工程，以冷却地球，并以此来保护或恢复冰层。其他人则认为，有可能只冷却北部，例如通过用浅色漂浮颗粒人为地增白北冰洋，以反射阳光。今年的一项研究建议安装风力驱动的泵，在冬季将水带到地表，使其冻结，从而形成更厚的冰层。
但是，许多研究人员对采用地球工程犹豫不决。而且大多数人都认为，考虑到地球的循环系统只会将更多的热量带到北方以进行补偿，区域性的努力将需要巨大的努力并且收效有限。普菲尔曼说：“这有点像逆着传送带走一样。”她和其他人一致认为，管理温室气体和当地污染物（如航运产生的黑碳）是唯一长期的解决方案。
回到一个拥有夏季海冰的世界可能会带来很大的好处，例如恢复北极向全球提供的一些气候服务并稳定天气模式。普菲尔曼说，在该地区本身，恢复白色的北极可以为北极熊和其他依赖冰的物种提供缓解。这些生物可能能够在相对较短的无冰时期中幸存下来，它们可以在最后的冰区或其他为保护生物多样性而预留的地方躲藏起来。当冰层恢复后，它们可以再次扩散，重新在北极繁殖。
在过去的气候变化中，这种情况几乎肯定发生过。例如，研究人员认为，北极在 13 万年前的最后一次间冰期可能经历过几乎无冰的夏季。
但是，有一件事是肯定的：无论是在政治上还是在技术上，回到一个拥有北极夏季海冰的世界都不会那么简单。并非所有人都会接受回到冰雪覆盖的北极，特别是如果它已经呈现蓝色好几代人的时间了。公司和国家已经在关注经济发展亟需的地区中石油和天然气勘探、采矿、航运、旅游和渔业的机会。普菲尔曼说：“在许多社区，人们的意见存在分歧。”
一些研究人员还表示，重新生长海冰的想法似乎是一厢情愿，因为它需要各国付出超出巴黎协议所要求的努力。将升温限制在 2 °C 可能需要将大片土地转变为森林，并使用仍在发展中的技术从空气中吸收数十亿吨二氧化碳。降低温室气体浓度到足以使冰再生，将需要付出更多努力。
德罗谢尔说，如果夏季海冰真的能恢复，也很难知道一个改造后的北极会如何运作。“将会有一个生态系统。它会正常运作。只是可能看起来不像我们现在所拥有的那样。”
本文经许可转载，并于 2017 年 2 月 8 日首次发表。