加拿大东部北极地区更新世早期冰川冰在永久冻土中的保存
加拿大东部北极地区发现保存于永久冻土中的早更新世冰川冰
学术背景
永久冻土（permafrost）是地球上重要的古环境档案库，能够保存化石、植物残体、有机物质以及古代DNA等珍贵信息。近年来，科学家们发现，冰川冰在永久冻土中的保存可以为研究古代冰川的形态、稳定性以及古生态系统提供重要线索。然而，尽管北极地区已有大量关于晚更新世（late Pleistocene）永久冻土和地下冰的研究，但关于早更新世（early Pleistocene）冰川冰的报道却极为罕见。这一研究空白限制了我们对北极地区更早期冰川活动的理解。
加拿大东部的Bylot岛（Bylot Island）是北极地区的一个重要研究地点，其高原地带保存了多个冰期的冰川沉积物。然而，关于该地区早更新世冰川活动的证据一直缺乏。本研究旨在通过多学科手段，揭示Bylot岛永久冻土中保存的早更新世冰川冰的起源、年龄及其古环境意义。
论文来源
这篇论文由Stéphanie Coulombe等学者撰写，作者团队来自加拿大政府极地知识中心（Polar Knowledge Canada）、蒙特利尔大学（Université de Montréal）、拉瓦尔大学（Université Laval）、渥太华大学（University of Ottawa）以及魁北克大学里穆斯基分校（Université du Québec à Rimouski）。论文于2024年10月3日在线发表在《Geology》期刊上，题为《Early Pleistocene glacier ice preserved in permafrost in the eastern Canadian Arctic》。
研究流程
1. 研究地点与样本采集
研究地点位于Bylot岛的西南部高原（海拔约500米）。研究人员在高原边缘的两个热融滑塌（thaw slump）头部发现了两个块状地下冰体（BGI-1和BGI-2）。BGI-2冰体于2009年暴露，研究人员采集了冰晶学样本；BGI-1冰体于2011年采样，共采集了三个冰芯。
2. 冰体起源与年龄的确定
为了确定冰体的起源和年龄，研究人员采用了多种分析方法： - 冰体结构分析：通过冰晶学、冰体中的沉积物分布以及冰体与周围沉积物的接触关系，判断冰体的形成机制。 - 同位素分析：测量冰体中的δ18O和δD同位素值，以推断冰体的形成环境。 - 沉积物分析：对覆盖冰体的沉积物进行粒度分布、硅藻和花粉分析，以确定沉积环境。 - 放射性碳测年：对冰体中的溶解有机碳（DOC）以及覆盖沉积物中的海洋贝壳进行放射性碳测年。 - 古地磁测量：对覆盖沉积物进行古地磁测量，以确定沉积物的年龄。
3. 结果与讨论
冰体的冰川起源
冰体呈现出分层结构，交替出现富含碎屑和贫碎屑的冰层。冰体中还发现了悬浮的冰结构、砾石大小的漂砾以及毫米厚的粉砂层。这些特征与当代冰川的冰层结构相似，表明冰体可能起源于冰川。此外，冰体中的δ18O值较低，进一步支持了冰川起源的假设。
冰体的年龄
覆盖冰体的沉积物记录了正常-反向-正常的古地磁极性变化，表明沉积物的年龄至少可以追溯到0.773百万年前（Ma）。放射性碳测年结果显示，冰体中的DOC年龄为39,435 ± 1,810年，但由于现代DOC的污染，研究人员认为冰体的实际年龄可能更老。结合古地磁数据，研究人员推断冰体的年龄至少为0.773 Ma，甚至可能更早。
长期保存的机制
冰体能够在多次冰期中保存下来，表明高原地区在冰期期间可能被冷基冰（cold-based ice）覆盖，这种冰对地表的侵蚀作用较弱，从而保护了早期的冰川沉积物。此外，高原地区的永久冻土条件（2001-2022年平均地温为-11°C）以及覆盖沉积物的厚度（约3米）也为冰体的长期保存提供了条件。
研究结论
本研究通过多学科手段，首次在Bylot岛的永久冻土中发现了早更新世冰川冰的保存证据。这些冰体的年龄至少为0.773 Ma，甚至可能更早，是北极地区已知最古老的冰川冰。这一发现不仅揭示了Bylot岛在早更新世期间的冰川活动，还为研究北极地区古气候和古环境变化提供了重要线索。
研究亮点
- 重要的科学发现：本研究首次在北极永久冻土中发现了早更新世冰川冰的保存证据，填补了该地区早更新世冰川活动的研究空白。
- 多学科方法的结合：研究采用了冰晶学、同位素分析、沉积物分析、放射性碳测年和古地磁测量等多种方法，为冰体的起源和年龄提供了全面的证据。
- 长期保存机制的揭示：研究揭示了高原地区冷基冰的保护作用以及永久冻土条件对冰体长期保存的重要性。
- 气候变化的警示：随着气候变暖，这些古老的冰川冰正面临融化的威胁，研究结果提醒我们关注北极地区永久冻土的稳定性及其对全球气候变化的响应。
研究价值
这项研究不仅为北极地区早更新世冰川活动的研究提供了新的证据，还为理解永久冻土对气候变化的响应机制提供了重要参考。此外，研究结果还提醒我们，随着全球气候变暖，北极地区的永久冻土和冰川冰正面临严重的退化风险，这对全球气候系统和生态系统可能产生深远影响。