曾幾何時，我們的地理課本上是這樣對北冰洋進行描述的：北極地區氣候嚴寒，北冰洋表面的絕大部分終年被海冰覆蓋，是地球上唯一的白色海洋，而北冰洋中央的海冰已持續存在300萬年，是永久性海冰。

然而，近期的一項研究表明，北冰洋存在“永久性海冰”的Flag可能要倒了！

近幾日，《氣候》期刊上刊登了一篇美國科學家的最新研究成果，該研究表明：北冰洋的海冰正以前所未有的速度加速融化，北極地區將在2034年將迎來第一個無冰之夏。

其實，關於北冰洋冰川融化、海冰消失的判斷早就在學術圈形成了默契，但關於海冰到底什麼時候消失，此前並沒有給出具體判讀。因為全球氣候是一個複雜的非線性系統，影響因素眾多，模擬模型的建立非常困難。美國科學家通過計算機模型準確推算得到具體的年份，這在極地氣候研究上尚屬首次。

北冰洋的“瘦身”史

北冰洋是四大洋當中面積最小的一個，面積僅為1475萬平方千米，不到太平洋的10%，如果不是北冰洋靠著常年被海冰覆蓋，又位於地球的最北邊，很可能是要被納入大西洋或者太平洋的版圖之中的。

可是，近幾十年的勘探顯示，北冰洋的海冰面積急劇減小，有可能在2034年迎來首個無冰之夏，北冰洋的“立家之本”正在消失。

為什麼是“無冰之夏”呢？因為北冰洋和我們國家同屬北半球，夏季氣溫最高。而這裡的“無冰”也並非指北冰洋徹底無冰，因為加拿大北部群島區域的海冰是被排除在外的。

其實，根據季節的變化，北冰洋的海冰面積在一年時間內處於動態迴圈之中：每年的1月份左右北冰洋地區氣溫最低，海冰結冰面積迅速擴張，在3月份達到峰值，而隨著夏季的到來，氣溫回升，海冰融化，面積持續減小，一直到9月份達到最小值，9月份過後氣溫降低，北冰洋又重新形成了新冰。下圖是一年之中北冰洋海冰的面積變化圖。

要想了解北冰洋海冰面積變化的詳細資料，我們可以參考2019年9月25日釋出的《氣候變化中的海洋和冰凍圈特別報告》，該報告評估了最新的關於海洋和兩極地區冰凍圈的最新狀況。

你不用擔心這份報告裡的資料是否準確，因為這份報告是由全球36個國家的104位頂級科學家撰寫，歷經80位科學家三輪審稿，引用論文的數量也達到了近7000篇之多，代表了當前學術界對極地地區氣候研究的最權威論斷。

聯合國氣候會議

那麼，這份報告裡講述了哪些“不為人知”的事實呢？

報告指出：近年來，北極地區海冰及冰川面積迅速萎縮，在有衛星觀測的1979-2018年期間，北極9月份的海冰範圍以每10年10%~15%的速度減少，目前的海冰範圍是至少1000年裡的最小數值。

除了海冰面積較小，海冰也在持續變薄，同樣是在1979-2018年期間，5年以上的厚冰的面積減少了約90%，在2006-2015年的不到10年之間，格陵蘭冰蓋平均每年減少的品質約為2660~3000億噸。

2019年9月17日，北冰洋海冰範圍達到了2019年的最小值，約為415萬平方公里，比1980-2010年期間的氣候平均值（628萬平方公里）小約34%，偏離氣候態的幅度超過90%的百分位，這一數值僅比2012年數值大（2012年夏季的海冰面積僅為334萬平方公里），是有現代觀測記錄以來海冰範圍第二小的年份。

事實上，目前北極的海冰面積比上世紀六七十年代已經減少了40%之多，加上海冰變薄，總的冰量已經大幅度減少了約70%，這是一個非常危險的訊號！

北極海冰減少，或是全球災難的開始

北極海冰的減少，首當其衝的便是可憐的北極熊以及在海冰上換氣的海豹了，海冰的減少會讓北極熊的生存領域減小，最終因種群的生存空間以及食物減少而滅絕，這些都是氣候領域老生常談的話題了。

不過，這篇文章我們不談這些老掉牙的內容，咱們談點你可能不知道的故事。

海冰上棲息的北極熊

海冰減少，甲烷大爆發

北極海冰的減少，會誘發氣候惡化等一系列的連鎖反應，甲烷大爆發就是其中之一。由於北極地區的永久凍結帶正在融化，密閉的海冰化成了可流動的湖泊，被長期“封印”著的甲烷以氣泡形式從湖水中汩汩湧出。

北極甲烷

北極地區的甲烷儲量巨大，這些甲烷很有可能是白堊紀等時期的植被死亡後由微生物分解產生，隨著冰河期的到來，這部分甲烷與水結合，在低溫下形成了固體的甲烷冰。要知道，同樣體積下，固體甲烷冰中儲存的甲烷大約是氣體的160多倍。

隨著北極越來越多的冰層開始解封，永久凍土層中的甲烷釋放量成倍增加，而甲烷的釋放不僅僅會造成非可再生能源的浪費以及環境的破壞，而且會加速全球變暖。

那麼，為什麼甲烷的釋放會導致全球變暖呢？我們早在初中化學課堂上就了解到，甲烷在充分燃燒時的產物是二氧化碳和水，而二氧化碳是全球公認的導致氣候變暖的決定性因素（下文我會對二氧化碳導致全球變暖的詳細原理進行解釋）。

科學家勘探發現，除北極之外，僅東西伯利亞地區的永久凍土下就儲存有5000億噸的碳，而西伯利亞的這塊永久凍土已經冰封有4萬年曆史之久，近些年隨著溫度的上升，凍土層開始融化，在不少地區已經開始出現甲烷大爆發的現象。

科學家表示，即使是按照目前發現的兩極地區和西伯利亞的甲烷圈來計算，本世紀將會有1000億噸的碳會以甲烷的形式從凍土中釋放出來，其產生的二氧化碳將相當於人類270年的排放量。

而關於二氧化碳是如何導致全球變暖的呢？這就要提及一下太陽輻射了，因為地球上的能量的最終來源都要歸功於太陽，地球接收到的太陽輻射越多，溫度就越高，而二氧化碳等溫室氣體就在其中起到了增加太陽輻射吸收率的作用。

學過物理的同學們可能還記得，太陽輻射主要是短波輻射，地面輻射和大氣輻射則是長波輻射。由於大氣層對長波輻射的吸收能力較強，對短波輻射的能力較弱，所以當短波為主、長波為輔的太Sunny照射到地球上時，長波成分會被大氣層吸收，這部分佔到總量的大約20%。一部分會被反射回宇宙，這部分佔總量的30%，而剩下的50%則會透過大氣層被地表吸收，這一過程給地球升溫。

太陽會向地球輻射能量，地球也會通過再輻射的方式向宇宙中回饋能量，地球向外界回饋能量的過程就是散熱降溫的過程。但是我們講到，大氣層吸收長波輻射的能力較強，而地球輻射正好就是長波輻射，所以地球輻射能量的95%會被大氣層給吸收，僅有5%左右的能量被釋放到宇宙。正是大氣層對長波輻射的阻擋，才使得地球不能迅速降溫。而阻擋的能力大小，則取決於二氧化碳和水蒸氣等溫室氣體的多少。

下圖顯示了二氧化碳等氣體對不同波段輻射的阻擋能力，橫軸是波長，縱軸是吸收百分比。最上面的一欄中，紅色為太空進入大氣的波段，以可見光為主，藍色為從大氣進入太空的波段，以紅外為主；第三欄顯示了幾種氣體對波長的吸收曲線。

以二氧化碳為例，在長波區域有一個峰值產生，說明增加二氧化碳會吸收更多本來會輸出到太空的能量，使得熱量留在了地球。

不同氣體對波長的吸收曲線

總之，二氧化碳等溫室氣體越多，則大氣中吸收這部分能量的能力越強，則釋放到宇宙的能量越少，則地球越不容易降溫，全球變暖就此而生。

海冰減少，助推全球氣溫上升

別看北冰洋的面積僅為太平洋的1/10，它在氣候調節中可有舉足輕重的作用：海冰的反照率大約是海洋的5倍多，海冰面積越大，將地球接收的太陽輻射反射回宇宙的能力就越強。正因為如此，兩極地區擁有比其他地區更低的溫度，這大大延緩了地球氣候變暖的步伐。所以說，北極地區的溫度調節對全球氣候起到了“放大”作用。

一方面，全球變暖會導致北極地區海冰加速融化。在全球變暖的過程中，北極地區的增暖幅度可達全球平均值的兩倍及以上。比如，過去30年間，地球平均升溫不足1℃，但北冰洋大部分地區卻上升了大約3℃。

另一方面，北極海冰減少還會反過來影響全球氣候。由於液態水比冰的熱容量更大，北冰洋一旦在夏天失去海冰的覆蓋，就會吸收並存儲更多的熱量，擾亂現有的洋流和大氣迴圈路線。

下圖所示為1850年工業革命到2007年以來的全球氣溫變化：上欄左圖表示地面溫度變化，右圖顯示對流層（對流層是地表到地表以上10公里左右的底層大氣）平均溫度變化，顏色越深代表溫度越高，從圖中可看出，北半球高緯度地區的溫度變化更大。

下欄顯示全球平均氣溫變化曲線，黑點代表了每年的平均溫度，而藍線以及藍色區域是根據這些離散的資料進行擬合而成的曲線，可以清晰的看出，全球氣溫雖然跌宕起伏，但總體呈現出上升趨勢，而且自進入2000年後溫度一直處於快速爬升期。

溫度上升曲線

海冰減少，加劇極端天氣的發生

2015年，國家重大科學研究計劃“冰凍圈變化及其影響研究”揭示了1979年到2012年歐亞大陸大氣環流的時-空變化特徵，及其與北極海冰消融的可能聯絡。該份研究報告顯示：海冰消融將有利於更強、更頻繁的極端天氣事件發生。

下圖中，箭頭表示在對流層底層與冬季異常氣旋和反氣旋的空間分佈，褐色線表示冬季500hPa等位勢高度線，黃色區域代表發生氣候乾旱事件，綠色區域代表冬季降水過多發生洪澇災害，紅色和紫色區域分別代表高溫和低溫等異常天氣。可見，北冰洋海冰消失將加劇發生全球極端天氣的頻率。

海冰減少，加速海平上升面

根據中國氣象局在2018年釋出的《中國氣候變化藍皮書》資料，1980年至2017年的37年間，中國沿海地區的海平面平均上升總計上升122毫米，速率大約為每年3.3毫米。而且自2006年之2017年的這11年間，上升速率加快，達到了每年3.6mm。

無獨有偶，聯合國氣候變化專門委員會也與2007年釋出報告稱，預計本世紀海平面將上升180~600毫米，速度為每年2~6毫米，與中國氣象局提供的資料基本吻合，可見全球海平面上升是公認的事實。

而根據美國國家海洋和大氣管理局的監控資料預測，假設北冰洋地區的海冰全部融化，全球海平面可上升大約7m，而根據英國《每日郵報》網站分析，假設全球海冰全部融化，將使得海平面上升最少66米。到時，世界上大部分國家都將淹沒于海洋之中。

大家可能對海平面上升的資料並沒有直觀的感受，上升7米和66米對於咱們來說又有何差異呢？接下來請看下面分析：

在中國主要城市當中，上海平均海拔4.5米，廣州海拔6.6米，南京海拔8.9米，臺北海拔9米，海口海拔14米，武漢海拔23米，合肥海拔29.8米，北京海拔31.2米，香港海拔32米，瀋陽海拔41.6米，杭州41米，長沙44.9米，南昌46.7米，濟南51米，石家莊80.5米，福州84米，鄭州110米，西安396米。

假設北冰洋的海冰全部融化，全球海平面上升7米。屆時上海、廣州等特大城市將淹沒在海水之中，江蘇、浙江的大部分城市也將消失。

全球海平面上升7米

假設北冰洋和南極洲的海冰全部融化，全球海平面上升66米。屆時，包括南京、蘇州和無錫在內的江蘇全省將“全軍覆沒”，武漢、合肥等城市“中部塌陷”，山東省僅有泰安、青島和威海露出海平面，山東半島成為獨立小島。

全球海平面上升66米

假設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過100米呢？屆時，革命老區江西、毛主席的家鄉湖南也將相繼淪陷，山東僅有泰山區域成為孤島，中國東部重鎮幾乎全滅。

全球海平面上升100米

我們把腦洞開的更大一些，假設因為全球氣候因為兩極之地的冰川融化而“雪崩”，海平面上升到4000多米呢？屆時，中國的青藏高原將成為全世界人民的避難所，彼時的地球才稱得上是一顆真正的蔚藍色的水球。

全球海平面上升4000米

人類行為是海冰減少的罪魁禍首

關於北極海冰減少的原因，大部分科學家將其歸咎於人類活動的影響，因為人類自進入工業社會以來，排放了過多的二氧化碳，進而導致了全球變暖，在這樣的大環境下，兩極之地未能逃脫加速融化的命運。目前世界上主流學者及媒體均持類似觀點，組成了“人為成因說”的主要陣營。

不過，也有很多學者認為，人類社會的影響相對於地球來說微乎其微，真正導致北極地區海冰減少的主導因素是地球自身原因，我且將這部分學者歸類於“自然成因說”。在“自然成因說”中，地軸傾角的變化因素經常被提及。

我們知道，地球是始終圍繞著一條中心軸旋轉的，這叫做地球的自轉，而這條中心軸被稱作地軸。地軸並不真實存在，而是一條通過地心、連線南極和北極的假想軸。我們的初中地理教科書告訴我們地軸與黃道面垂線的夾角是23.5度，這就是地軸的傾斜角。

但是初中地理教科書沒有告訴我們的是，地軸的傾斜角並不是一個固定的角度，地軸始終處於微小的移動之中。天文學家表示，在1萬年前，地球的自轉軸比現在的傾斜角度更大。我們知道，地軸傾角更大意味著兩極地區能接收到更多的太陽輻射，使得夏季更熱。在這樣的背景下，北極在1萬年前就曾出現過無冰之夏。因此，這部分學者也認為，即將發生的無冰之夏與1萬年的現象並無明顯區別，均屬於自然現象，與人類行為無關。

其實，地球自轉軸漂移的真相早就在20世紀就被科學家所知曉，20世紀的測量結果表明：氣球自轉軸每年大約會漂移10釐米左右，漂移的方向一般是向加拿大東北部的哈德遜灣移動。而自1899年以來的一百多年時間內，地球的自轉軸已經移動了10.5米左右，下圖所示的線條代表了地球自轉軸漂移的方向。

上圖中，淺藍色表示極移，即地軸漂移這項運動，粉色線表示格陵蘭島冰川消融、黃色線代表冰後回彈，大紅色表示地球內地幔對流。

我們把時間軸拉長到百萬年尺度就能發現，幾百萬年來，地軸傾角始終在22.1~24.5°之間來回震盪，震盪週期大約是4萬年，目前是23.5°，不過這個值正在逐漸變小。

然而，學者提出的“無冰之夏是由地球自轉軸偏移導致”的理論獲得了眾多科學家的反對。科學家表示，地質學因素的改變都是極其緩慢的，至少以萬年為單位。用這種極其緩慢的變化來解釋當下海冰面積的急劇變化是站不住腳的。

那麼，怎麼能確定海冰減少、全球變暖是人為原因造成的呢？

科學推理講究嚴謹，即使我們知道過多的溫室氣體排放會加劇全球變暖的步伐，但怎麼確定現在全球變暖就是人類導致的呢？這在數學上類似於：A成立的必要條件是B，但並不等同於B是A成立的充分條件，這在數學推理中完全不對等的兩個條件。

一般而言，如果我們要證明A會導致B，只需要在實驗中分別做兩組有A和無A存在的對比試驗即可。但在論證全球變暖是否是人為造成的這個問題上，我們怎麼去掉人為因素呢？而且地球只有一個，怎麼做對比試驗呢？

所以，目前為止科學家能做的僅僅是用計算機模擬來模擬兩種不同的情形，即帶有人為因素的情形（有人類影響）與不帶有人為因素的情形（自然情形）。

下面三張圖是IPCC第五次評估報告中關於這次對比試驗的模擬結果，其中黑線是觀測資料，紅色區域是帶有人為排放的23個模型模擬的結果，藍色區域是去掉人為排放的模擬結果，三張圖分別顯示了陸面溫度、海陸平均溫度和海面的溫度的資料。

從上面的模擬結果可以得出結論：無論是陸地溫度、海洋溫度還是海陸平均溫度，在無人為因素影響的情況下並沒有明顯的溫度上升趨勢，而在人類過多排放的情形下，溫度曲線則呈現出明顯的上升趨勢。

因此，人類行為確實是海冰減少、全球變暖的罪魁禍首！

避免全球氣候災難，人類大有可為

正如聯合國祕書長古特雷斯所說，2020年是人類應對氣候變化的關鍵一年。

一旦北冰洋的海冰融化，遭殃的是地球上的每一個生靈，正所謂“覆巢之下安有完卵”。

要想避免全球氣候災難，我們需要從今年開始行動，在下一個十年內實現相比2010年減排45%的目標。要完成這一“艱難的”目標，需要每個國家、每個公民貢獻自己的力量，畢竟在節能減排這件光榮使命面前，人類大有可為！