寒冰与热土的奇妙交融：揭秘北极的形成之谜！

北极地球北部总面积超过2100万平方千米的极寒地带（北极地区范围示意，所示国家为部分领土位于北极地区的国家，制图@张威&王申雯/星球研究所）▼

184万平方千米的冰川覆盖陆地（格陵兰岛冰盖局部，图片来源@视觉中国）▼

1100万平方千米的海冰冻结海洋（漂浮的大片北极海冰，图片来源@视觉中国）▼

高空之中极度寒冷的北极涡旋随时准备南下用寒潮侵扰四方（因北极与其他地区的温度差异等因素，北极及周边区域上空长期存在着北极涡旋与极锋急流，并将极地的冷空气束缚其中；下图为北极涡旋与极锋急流示意，制图@王申雯/星球研究所）▼

但是冰封的极地却并非地球的常态两极冰封的“冰室地球”在地球46亿年的岁月里出现次数寥寥无几，可对于人类而言这个冰封的北极却非常重要在一个越来越热的世界里遥远北极的命运将会影响到我们每一个人（一只北极熊在冰面上奋身起跳，摄影师@沈辉）▼
是谁冰封了北极？又是什么样的力量让它急速消融？一切要从千万年前“凛冬“的降临说起。

01 凛冬降临

与南极以陆地为主不同，北极以北冰洋为中心，陆地环绕四周，仅有白令海峡、挪威海等少数通道，可让北冰洋与外界相连（北冰洋范围示意，不同机构组织对北冰洋范围的定义存在差异，本文以图中所示边缘海作为北冰洋范围的边界，制图@张威/星球研究所）▼

这也使北冰洋成为全球最小的大洋，仅有1400多万平方千米为太平洋的7.7%，外号“北极地中海”，广阔的大陆架伸入北冰洋的海底，除大洋中部由三条海岭分隔形成的四片海盆较深外北冰洋的平均深度仅有1200多米，是全球最浅的大洋（请横屏观看，北冰洋海底地形示意，制图@张威&王申雯/星球研究所）▼

如此的海陆格局，历经了数千万年的地质演变。而在这场演变的早期，地球还十分温暖，北冰洋表层温度甚至可以高达23℃，堪比今天的亚热带，但数千公里外的地质运动，即将把地球抛入刺骨的寒冷。约8000万年前起广泛而持续的造山运动从欧洲的阿尔卑斯经伊朗的札格罗斯到亚洲的喜马拉雅制造出规模巨大的超级造山带并持续至今（白垩纪晚期以来全球板块运动示意，制图@王申雯&郑艺/星球研究所）▼

群山逐渐隆升，大量的新鲜岩石暴露，地表逐渐被雨雪风霜破坏，与大气发生复杂的化学反应，消耗了大量的二氧化碳，减弱了温室效应，以至于在最近的5500万年里地球开始逐渐降温，约1300万年前，北冰洋的表层海水逐渐冻结，形成了大范围全年存在的海冰（请横屏观看，北冰洋海冰，图片来源@视觉中国）▼

随着地球继续降温北冰洋很快就被彻底冻结北极周边的陆地，也开始被冰雪覆盖，约700万年前格陵兰岛的积雪逐渐压实成冰形成冰川（格陵兰岛的冰川，图片来源@视觉中国）▼

随着全球气温逐渐降低冰川自高向低扩张直至从陆地延伸至海面成为矗立海上的白色绝壁，浑厚壮观（请横屏观看，斯瓦尔巴群岛上延伸至海面的冰川，摄影师@梅元皎）▼

当延伸至海面冰川在重力、海浪等作用下断裂、坍塌、崩解便形成了漂浮于海上的冰山（格陵兰岛附近海域的冰山，摄影师@Thomas看看世界）▼
而陆地上冰川的体积不断增长，范围也越来越大，至约275万年前，北冰洋周边陆地的大量冰川已彼此相连成巨大、巨厚的冰体，可以将下方的山谷、山脊悉数覆盖冰盖诞生了（请横屏观看，俯瞰格陵兰岛的冰盖，图片来源@视觉中国）▼
至此整个北极以及周边地区变成了地球的白色穹顶，再加上从约3400万年前就逐渐被冰盖覆盖的南极，地球正式变成两极冰封的“冰室地球”（当地球南北两极均有大量冰体覆盖时，即为“冰室地球”，如今我们所处的“冰室地球”时期，在近5亿年来的历史中仅为第3次；请横屏观看，图为斯瓦尔巴群岛上的冰川，摄影师@陈建伟）▼

然而，在地球整体寒冷的基调下，也有着小幅度的冷暖交替，每隔数十万乃至数万年，地球的公转姿态会发生微小变化，接受的太阳能量随之波动，气候也出现冰期和间冰期的变化。在最寒冷的冰期，北极冰盖范围极大，可向南延伸到北纬37°，格陵兰岛、北美大陆大部、欧亚大陆北部几乎全被覆盖，再加上南极洲冰盖和陆地高山冰川的贡献，全球海平面可下降超过百米（随着地球气候周期性变化，冰盖的范围和体量也一直在变化，约两万年前的末次冰盛期是距离我们最近的一个极寒时刻，海平面下降了约130米；下图为末次冰盛期冰盖范围，其中海岸线为海平面下降130米后的位置，制图@王申雯&张威/星球研究所）▼

但冰期之后的间冰期，全球气候会重新回暖约1.2万年前，距离我们最近的一个冰期结束，快速的增温令广阔的冰盖再次后退，人类熟悉的现代北极开始逐渐成型。

02 冰雪行迹

冰向高山和北方退去，在北极外围的陆地上，留下许许多多的冰川地貌，在北极和周边的山岭中，冰川从山麓后退至山顶或消失不见，留下许多棱角分明的刃脊，尖锐锋利的角峰，还有呈U形的冰川槽谷（阿拉斯加北极之门国家公园的冰川地貌，图片来源@视觉中国）▼

无论是北欧的斯堪的纳维亚山脉，还是阿拉斯加的布鲁克斯岭，北极和周围的山地，因为极其丰富的冰川地貌，尽显凌厉之态（挪威赛尼加岛的冰川地貌，它属于斯堪的纳维亚山脉的一部分，摄影师@苏铁）▼

其中，冰川在海岸山地塑造的峡湾尤为特别（请横屏观看，格陵兰岛的峡湾景观，摄影师@Thomas看看世界）▼

在寒冷的冰期，冰川在群山间刨蚀出许多U型槽谷，随着冰川退却、海平面上升，海水逐渐淹没U型槽谷，并向内陆不断延伸，幽深狭长的峡湾便诞生了（峡湾形成示意，制图@王申雯/星球研究所）▼

位于格陵兰岛的斯科斯比松峡湾，长度达到350千米，且拥有树枝般繁多的分叉，构成了世界上最大的峡湾体系之一（格陵兰斯科斯比松峡湾卫星图，图片来源@NASA）▼

而被斯堪的纳维亚山脉纵贯全境的挪威，更是拥有近1200条峡湾，海岸线变得无比曲折，总长度超过2.5万千米，其中约90%都位于峡湾两侧（挪威海岸沿线峡湾分布，制图@陈志浩/星球研究所）▼

山区之外不断向北退却的冰川则揭开了冰下世界的秘密，在更久远的年代里，这些冰川向南发育、扩展时，在地表岩石软弱之处刨蚀出许多洼地，如今随着冰川退却逐渐暴露出来，被融水填满后形成星罗棋布的冰蚀湖（冰蚀湖形成示意，制图@王申雯/星球研究所）▼
1/4国土位于北极圈内的芬兰，拥有近19万个湖泊，仿佛镶嵌于大地上的无数宝石（芬兰的心形冰蚀湖，是派加尼湖的附属小湖，图片来源@视觉中国）▼
最大的塞马湖（Saimaa）面积达到4400平方千米，将数千座岛屿拥入怀抱（请横屏观看，芬兰最大的湖泊塞马湖，图片来源@视觉中国）▼
古老的冰川塑造了北极部分地区的面貌，但北极依旧寒冷，广泛分布的冻土还塑造了一些更加奇特的景观，当地下水体结冰膨胀上部的泥土被顺势顶起在大地上产生了许多小丘被称作冻胀丘（位于加拿大西北地区图克托亚图克的冻胀丘，摄影师@Kristian Binder）▼

而对于冻土地区的地表水体，由于反复发生冻结和消融，地面逐渐塌陷、积水，形成数不胜数的热融湖（热融湖形成示意，制图@王申雯/星球研究所）▼

从高空俯瞰时这些热融湖密集分布、形状各异在辽阔的北极大地上描绘着出人意料的图案（西伯利亚亚马尔半岛的密集热融湖，图片来源@视觉中国）▼

经过长期的消融与退却，在如今的北极冰川，已基本退出北极外围的大陆，只残存于北冰洋外围的岛屿上，例如斯瓦尔巴群岛的群山之间，蜿蜒着1600多条冰川，这个面积仅有6万多平方千米的群岛，有一半以上的陆地被冰川覆盖（斯瓦尔巴群岛上的冰川，图片来源@视觉中国）▼
格陵兰岛则保存着北极仅剩的冰盖，总面积超过170万平方千米，覆盖着格陵兰岛85%的陆地（格陵兰冰盖景象，图片来源@视觉中国）▼

冰川从北极的陆地大幅退却，而海冰的范围也已不及冰盛时期（北冰洋海冰，图片来源@视觉中国）▼

它随四季冷热轮转寒冬后的三月，北冰洋的海冰面积最大，可以延伸至太平洋与大西洋，总面积达到1540万平方千米。而盛夏后的九月，便仅剩640万平方千米，退居北冰洋一隅（以上数据为1981-2010年三月、九月北冰洋海冰延伸范围的平均值；下图为北冰洋冬夏海冰延伸范围示意，制图@张威/星球研究所）▼

冰室地球背景下的小升温，让北极冰雪退却，不仅重塑了北极的面貌，也使各类动植物重新向北极进发，将北极再度变成生灵的热土（北冰洋海的海冰和北极熊，图片来源@视觉中国）▼

03 生灵热土

北极圈附近的陆地是北极相对温暖的地方，虽然年平均气温往往不到5℃，但由松树、云杉、冷杉等针叶树组成的森林，仍能在这里成片地生长，这便是北方针叶林，又称泰加林（请横屏观看，西伯利亚的北方针叶林，图片来源@视觉中国）▼

其范围从北纬50度延伸至北纬70度，覆盖欧亚、北美大陆北部的大部分区域，以约11.5%的地球陆地面积成为世界上最大的生物区系，也是世界上最北的森林（北方针叶林范围示意，制图@张威&王申雯/星球研究所）▼

每当寒冬降临，这些针叶树便会停止生长，进入冬眠状态，细胞壁与细胞内物质还会发生轻度分离，即使细胞之间结冰，细胞内也不易形成冰晶，从而避免受到损害。而当夏季来临，它们在较低的温度下便被“唤醒”，以便充分利用短暂的夏季生长（位于西伯利亚南部西萨彦岭的北方针叶林景观，图片来源@视觉中国）▼

凭借这样的本领，它们在北极密布成林、蔓延千里，成为冰天雪地中的森林王者（请横屏观看，乌拉尔山冬季的北方针叶林，图片来源@视觉中国）▼

而在纬度更高、更加寒冷的地方，北方针叶林也无法生长，另一种植物群落开始展现它们的本领，这是由苔藓、地衣、草本植物以及一些矮小的灌木等组成的苔原（格陵兰冰盖附近的苔原植被，图片来源@视觉中国）▼

这些看似纤弱的植物，在地球最北的土地上呈现出勃勃生机，其分布面积超过1100万平方千米（北半球苔原范围示意，制图@张威&王申雯/星球研究所）▼

这里的冬天往往低至-30℃，苔原植物往往拥有缓慢的生命节奏，用两年甚至更长时间慢慢完成一次发芽、生长、开花的全生命周期。为了防止结冰，一些苔原植物还会在细胞内，储存脂肪、糖分等物质，以降低冰点，从而获得御寒的能力（格陵兰Ula峰下的苔原植被，摄影师@Thomas看看世界）▼

植物以外，北极的动物也演化出了应对寒冷之道，低温海水能够溶解更多的氧气，再加上夏季连续数月的阳光，大量的浮游藻类在北冰洋繁衍，各种鱼类、磷虾等以其为食，吸引着多种捕食者的到来（北极海域的虎鲸，图片来源@视觉中国）▼
虎鲸、独角鲸、北极露脊鲸等17种鲸类，每年都会来到北极，它们拥有极厚的皮肤和脂肪层，一些种类的脂肪层甚至厚达半米，成为绝佳的御寒“装备”（格陵兰附近海域的两头座头鲸，又称大翅鲸，图片来源@视觉中国）▼
海象、海豹等鳍脚类哺乳动物有着类似鲸类的御寒策略，皮肤下同样堆积着大量脂肪，让它们看起来憨态可掬（一只躺在北极海冰上的髯海豹，摄影师@徐征泽）▼
但别看它们在陆地上运动缓慢，厚厚的脂肪也带来了流线型的外观，非常有利于水下活动，让它们成为极地最灵活的胖子（水下的海象，图片来源@视觉中国）▼

而在北极的陆地上驯鹿、麝牛等植食性动物，多拥有强有力的蹄，能在冬季雪满大地时挖掘出深藏积雪之下的苔原植物（俄罗斯弗兰格尔岛雪原上的两只麝牛，图片来源@视觉中国）▼

北极狐等肉食性动物，则在不同季节改变毛发的颜色，冬季一身雪白，夏季换上岩土一般的褐色，与环境融为一体，帮助它们隐匿暗处、伺机捕食（斯瓦尔巴群岛上的一只北极狐，摄影师@徐征泽）▼

而拥有2-3米的硕大体型以及全身乳白色毛发的北极熊，是北极地区当之无愧的明星（站在冰上的北极熊，图片来源@视觉中国）▼

作为世界上现存最大的陆生肉食动物，它拥有350-700公斤的巨大体重，能以每小时40千米的速度在冰上飞奔，和每小时10千米的速度在水中游泳，是北极的运动健将。而有力的前掌，巨大而锋利的犬齿以及长时间蹲守的耐心，更使北极熊成为地球最北部的顶级陆生掠食者。就连海豹、海象、甚至鲸类等大型动物，也在它们的食谱里（寻觅猎物的北极熊母子，图片来源@视觉中国）▼
丰富的生物令北极地区充满活力，到了1万多年以前不断迁徙的现代人类终于踏足这片极北之地。他们在此生存、捕猎不断适应着北极的极端环境（驯鹿在北极的人类社会中具有重要的意义，摄影师@LuDi__）▼

人们因地制宜以捕猎海豹、鲸类等动物为生，猎物体内含量颇丰的脂肪为他们抵御严寒提供了食物保障，食用生肉也使得他们在缺乏果蔬的条件下能够获得足量的维生素C，不至于患上败血病（捕猎中的因纽特人，图片来源@视觉中国）▼

而人类的智慧，也让他们逐渐学会了以冰雪为房屋、以兽皮为服饰，饲养雪橇犬和驯鹿，既作为跨越物种的朋友，也作为出行的交通工具（萨米人村庄与驯鹿，摄影师@吴邺霖）▼

凭借着独特的生活方式，人类在北极扩散开来，在格陵兰岛、北欧、西伯利亚等地形成了因纽特、萨米、雅库特等独特的北极土著文化，并一直延续至今（游牧驯鹿的帐篷营地，图片来源@视觉中国）▼
但在北极之外，人类生活的世界正在快速改变，特别是近代以来工业活动排放的巨量温室气体，引发了快速而剧烈的全球变暖，北极的极寒正在被逆转，一场颠覆性的改变，已经悄然开始。

04 这个北极不太冷

由于人类活动的影响，全球平均温度从1900年至今急剧增加了约1℃，放眼最近一千年的历史堪称直线上升。而由于极地放大效应的存在，北极的升温幅度约是全球平均升温的两倍，达到惊人的2℃左右，几乎是地球的“热得快”（北极地区升温异常示意，通过比较北极地区与全球的温度异常分布和平均升温曲线，可见北极地区的升温幅度明显高于全球平均水平，制图@郑艺/星球研究所）▼

北极正在融化，格陵兰岛的冰盖不断消融，冰冷的淡水快速流进北大西洋，使影响全球海陆热量分配的温盐环流变得不再稳定，给全球气候带来更多变数（格陵兰冰盖上由融水汇成的冰上河，这是冰盖正在消融的迹象，图片来源@NASA）▼

北冰洋的海冰快速消融，面积逐渐缩减，在未来的某一个夏天，地球的白色穹顶或将不复存在（北冰洋夏季海冰延伸范围变化，制图@张威&王申雯/星球研究所）▼

对人类而言一个快速消融的北极首先蕴含着巨大的机遇，由于化石燃料仍是全球主要能源，在丰厚利益的驱使下，全球的石油工业正瞄准北极，丰富的油气蕴藏在西伯利亚、阿拉斯加、加拿大北部，甚至北冰洋大陆架深处的油气资源会变得更容易开发（西伯利亚的天然气加工厂，图片来源@视觉中国）▼
依托煤矿、金属矿产开发而营建的那些城镇，如俄罗斯的摩尔曼斯克或挪威的朗伊尔城，也将随着气候的转暖迎来更大的发展（请横屏观看，挪威朗伊尔城，其以北纬78°13′的位置被称为地球最北的城镇，摄影师@苏铁）▼
海冰大量消融后经由北冰洋的北极航道或将打开，大幅节省跨洲航行的时间，给人们创造出更多的财富（北极航道线路示意，制图@陈志浩&王申雯/星球研究所）▼

但另一方面快速消融的北极也蕴含着巨大的威胁，越来越多的资源开发活动，将威胁北极地区脆弱的生态环境，北极独特的生物多样性无疑将受到巨大的冲击（北极熊母子从堆砌的废钢材边走过，图片来源@视觉中国）▼

消融中的冻土则令北极内外的基建设施，在烂泥里变得”摇摇欲坠”（俄罗斯北部因冻土消融而变形的铁轨，图片来源@视觉中国）▼

此外，全球冻土中还蕴藏着超过1.6万亿吨的碳，超过大气中碳含量的2倍，其中绝大部分都分布在北极周围，被科学家称为“冻土碳弹“。若这些碳均以甲烷的形式进入大气，可能会引起气温的显著上升，给人类社会带来灾难性的后果（2015年发生在西伯利亚亚马尔半岛的甲烷爆发在地表留下一个大坑，而类似的甲烷爆发事件正变得越来越频发，图片来源@视觉中国）▼

北极地区的升温还会破坏北极涡旋和极锋急流的稳定性使冷空气更容易趁势南下暖空气更容易北抬生活在北半球的人们也将会在全球变暖的背景下经历更极端的寒潮和酷暑（不同情况下北极涡旋和极锋急流示意，制图@王申雯/星球研究所）▼

几乎可以肯定的是，在未来很长的时间里，北极还会继续改变，但这就是北极，一片充满变化的寒冰与热土，它经历了从无冰到有冰的变化。在最近的200多万年间，和南极一道为我们呈现了两极皆覆盖冰雪的现代世界，使人类有机会亲眼目睹地球46亿年的时光中极其罕见的“冰室地球”（航拍格陵兰冰盖上的冰面河及冰面湖，图片来源@视觉中国）▼
它经历了地球自身的冷暖节律，在最近的10多万年里和南极一起用冰雪改变地球的面貌，塑造出一个被人类熟知的世界（请横屏观看，在北极海冰里航行的破冰船，图片来源@视觉中国）▼
如今，人类活动造成的全球快速变暖，也在让北极向着更加温暖的未来一路狂奔下去（格陵兰乌马纳克镇和海上冰山，摄影师@Thomas看看世界）
北极的未来会怎样？或者数亿年后地球将重新走出“冰室”，两极再无冰雪，或者数万年后地球轨道将再度变化，冰期再度降临北极重新进入极盛期（北极冰崖下的北极熊，摄影师@徐征泽）▼

而在人类可以感知的近未来，北极的命运却掌握在我们每一个人的手中。虽然我们都只是渺小的个体，但无数渺小个体的抉择也能汇成巨大的时代洪流（北极光照耀下的挪威特罗瑟姆市，摄影师@陈灿铭）▼
北极的未来，将由你我继续书写而聪明的人类，又将做出怎样的抉择呢？