是什么导致了小冰期?

AZoCleantech采访了来自马萨诸塞大学的弗朗索瓦·拉普安特博士，讲述了他的团队对小冰期的研究。该研究小组指出，14世纪晚期的大型火山爆发和温暖的大西洋海水侵入北欧海是可能导致小冰期的重要因素。

你是如何开始研究小冰期的?你能向读者介绍一下你的研究和研究是如何进行的吗?

我对高分辨率的古气候记录特别感兴趣，以了解触发快速气候变化的机制是什么。为此，我使用了每年从北极湖泊(阀门)中提取的层状沉积物。

位于加拿大埃尔斯米尔岛的一个湖泊记录与大西洋多年代际振荡(AMO)或变率(AMV)具有很强的兼容性。自1856年以来，测量的北大西洋海温描述了被称为AMV的多年代际变化。

北大西洋按照40-80年的海温模式在温暖和寒冷之间交替，这些波动与阀门记录密切相关，令人惊讶的是它跨越了过去3000年，这意味着我们有过去3000年AMV的独特代理记录(Lapointe等．2020)．

是什么推动了这些波动引起了极大的兴趣，因为AMV与萨赫勒地区的干旱、大西洋飓风的频率和南美洲的降水异常有关。因此，拥有跨越过去三千年的数据对理解AMO在过去的演变有着巨大的帮助，将有助于解读其波动的主要驱动因素，以及它在未来可能如何演变。

通过仔细检查这个重建的AMV，一个明显的显著特征是从14世纪末的非常温暖的条件到15世纪初前所未有的寒冷条件的突然变化。这种突然的气候变冷发生在20年之内，这比人类的一生还短，因此，了解它是如何发生的很重要。

根据你的团队的研究结果，你现在认为是什么导致了小冰期，持续了15年早期^th到19世纪的中期^th世纪?

我们的结果表明，小冰期的主要阶段发生在15世纪早期。然而，我们必须记住，在15世纪和“中世纪气候异常”(MCA)之前，也有其他寒冷时期，但它们比我们记录的14世纪至17世纪的那段时期更短、更温暖。

在15世纪之前，这些较短的事件大多与突然的大型火山爆发有关。大型火山喷发产生的微小气溶胶粒子将太阳辐射反射回太空，使地球表面降温。过去一千年中最强烈的火山爆发是1257年印度尼西亚的萨马拉斯火山喷发，它很可能引发了MCA之后的“第一次”重大降温事件，但持续了不到一个世纪。

对于小冰期的主要阶段，我们提供强有力的证据它是由14世纪晚期温暖的大西洋海水侵入北欧海而引发的，当时北极覆盖着厚而广泛的海冰。

这种温暖的侵入在我们这个时代的1380年左右达到顶峰，这与北大西洋上空持续的大气阻塞有关，根据代理记录推断，这种阻塞对南格陵兰岛特别重要。在现代，我们的AMV与自19世纪以来大西洋大气压力较高的时期有很强的共变。因此，AMV捕获这些阻塞事件。

通过比较我们重建的AMV和最近从树木年轮提取的太阳活动数据，我们发现这两个数据集之间有显著的共变性。最值得注意的是，14世纪晚期的特征是不寻常的高太阳强迫，与当时很少或几乎没有大的火山爆发相吻合。因此，“更清洁”的大气意味着地球对太阳输出的变化更敏感。几项研究强调，高太阳活动会引发大西洋的大气阻塞，所以这与1380年前后可能发生的情况是一致的。

这种阻塞异常使北极海冰聚集在北极高纬度地区，当阻塞减弱时，北极海冰就会大量流出。然后，北极海冰被输出到低纬度地区，使北大西洋在15世纪初焕然一新。

北大西洋有一个众所周知的翻转环流过程，称为大西洋经向翻转环流(AMOC)。AMOC可以被看作是一个行星传送带:通常情况下，来自热带地区的温水沿着北欧海岸向北流动，当它到达高纬度地区时，它会失去热量，并随着海水的盐度和低温而变得密度更大。因此，15世纪早期大量的海冰输出导致亚极环流的盐度急剧下降，减弱了AMOC。

我们的发现表明，小冰期的突然开始发生在15世纪早期。然而，这种机制无法解释两个世纪以来的低温现象。其他的气候反馈，主要是大型火山爆发的增加和太阳辐照度的降低，帮助维持了如此长时间的冷却期。

这个寒冷时代的后果是什么?

欧洲的冬季气温极低，无法收割，导致数百万人痛苦和死亡。在欧洲、美洲和南美洲的许多地方也有强有力的证据表明冰川在前进。

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有趣的是，书面档案记录了欧洲人在小冰河期开始时将魔法和天气形成联系起来(百灵达1999)．在小冰河期，火山爆发更强烈的时期也与迫害“女巫”的高峰相吻合，“女巫”被指责破坏了农作物。15世纪早期，挪威人也开始放弃他们在南格陵兰岛的居住地。

地球是如何从小冰期恢复过来的?

在北半球，由于高纬度地区夏季日晒量的减少，大约5000年前就开始了一种长期的变冷趋势。最冷的温度在小冰期达到顶峰。从20世纪20年代开始，燃烧化石燃料产生的温室气体的增加突然扭转了这一自然变冷的趋势^th世纪。

从区域角度来看，亚极地环流区域从小冰期恢复了过来，这可能是火山活动减少和太阳辐射增加的综合作用，例如在18世纪中期。然而，大型火山喷发，如著名的1815年坦博拉火山喷发，却与其他强降温事件保持同步。

是什么导致了AMOC在20世纪50年代到60年代之间的加强?

这仍是未知的，我们所知道的是，AMOC在20世纪80年代减弱了，这可能与人为气溶胶的输入有关，导致了“全球”。20世纪80年代降温．另一种假设是在20世纪60年代大气阻塞之后，20世纪70年代大量的北极海冰输出到北大西洋。很难确定这一假设，因为卫星测量北极海冰是从1979年才开始的。人类活动输入的人工气溶胶和北大西洋融化的北极海冰的结合可能削弱了AMOC，但这仍有待证实。

有趣的是，最活跃的一次太阳活动在1957年前后达到了顶峰。显然，人为的气溶胶和温室气体在我们这个时代的大气环流中扮演着重要的角色。一个悬而未决的问题是，更强的太阳活动对大气压力模式的影响是什么，以及这是否与50年代至60年代的AMOC增强有任何关系。我们才刚刚开始监视我们的太阳更复杂的分析有望更好地洞察过去和现代的太阳气候关系。

在我们这个全球气候变化的时代，类似的突然降温事件会再次发生吗?

由于人类活动导致的全球变暖，现在北极的海冰比14世纪要少得多。但自2005年以来，格陵兰岛夏季持续的高压(格陵兰阻塞)更加频繁，这与破纪录的冰盖融化有关。

2019年夏天，我在格陵兰岛西部的加拿大高北极地区的埃尔斯米尔岛进行了实地调查。晴空万里的天气给我们带来了真正的热穹，我们连续几天的气温高达24˚C。同年，格陵兰冰盖的质量减少了5000多亿吨，创下了记录。格陵兰块体的这种上升趋势是由没有一个耦合模型相互比较计划(CMIP)模型(汉娜等．2018)，这让我感到担忧。如果这种趋势继续下去，我们肯定低估了格陵兰冰盖未来的冰损失，这可能会导致AMOC比预期更早关闭。

用NCEP/NCAR再分析1和其他再分析数据集模拟1950-2015年6 - 8月格陵兰岛阻塞(红线)的时间序列。CMIP5模型(灰色线)，其中RCP4.5和PRC8.5场景可用。图片来源:Hanna et al. (2018)

波弗特海(阿拉斯加北部)的淡水也增加了过去20年的40%．向亚极地北大西洋出口石油也可能对海洋环流产生强烈影响。

我们能做些什么来解决当前AMOC的不确定性?

AMOC就像一个地球恒温器，调节着大西洋低纬度和高纬度之间的温度。与同纬度地区的其他地区相比，这也有助于保持欧洲温和的气候条件。AMOC将如何应对持续的气候变化是气候科学中最重要的话题之一。

尽管从2004年开始才对AMOC进行监测，因此我们对它的了解并不多，但有一些证据表明，AMOC正在随着全球变暖而减弱。至关重要的是，我们需要更好地理解与AMOC相关的临界点。这只能通过分析关键区域的高分辨率记录(最好是年代际以下的时间分辨率)来实现，这些区域不仅在北大西洋，而且在北欧海，在北欧海，大西洋海洋环流的影响可能被大大低估(张和托马斯2021年)．

关于弗朗索瓦·拉普安特博士

弗朗索瓦是麻省大学的博士后研究助理，与杰出的雷蒙德·s·布拉德利教授一起工作。

他每年研究北极湖泊的层状沉积物，以获取有关环境变化的关键信息。他在魁北克大学国家科学研究所完成了博士学位，并因对加拿大北方研究的杰出贡献而获得韦斯顿加菲尔德奖。

在过去的十年里，弗朗索瓦在加拿大的北极和斯瓦尔巴特群岛进行了实地考察。他还教授气候动力学，并指导本科生的项目。

拉普安特博士目前正在斯瓦尔巴特群岛(Svalbard)研究水文气候变化，这是受气候变化影响最大的地区之一。