本書(shū)基于近年來(lái)北冰洋多學(xué)科的調(diào)查與研究資料，概述北冰洋的地形地貌、現(xiàn)代海洋環(huán)境、冰蓋與冰川作用、構(gòu)造演化歷史和區(qū)域地質(zhì)特征。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)總結(jié)我國(guó)第1次至第11次北極科學(xué)考察的研究成果，全面歸納和展示我國(guó)學(xué)者在北冰洋沉積學(xué)、地層學(xué)、古生物學(xué)、礦物學(xué)、地球化學(xué)、古海洋與古氣候等領(lǐng)域取得的研究進(jìn)展，如北冰洋近現(xiàn)代生源沉積物和陸源沉積物的沉積特征及環(huán)境指示意義，北冰洋的地層學(xué)研究，中—晚更新世以來(lái)北冰洋周邊冰蓋與洋流演化，北冰洋的古海洋與古氣候演化歷史及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制等，提出了當(dāng)前北冰洋地質(zhì)研究面臨的前沿科學(xué)問(wèn)題。對(duì)深入理解北冰洋地質(zhì)歷史時(shí)期至近現(xiàn)代的海洋環(huán)境與氣候變化過(guò)程及其對(duì)全球氣候變化的作用和影響具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值，并為預(yù)測(cè)北極未來(lái)海洋環(huán)境與氣候變化提供科學(xué)依據(jù)。

北極是全球氣候變化最為顯著的地區(qū)之一。在過(guò)去的幾十年里，北極大氣、海洋和陸地溫度的上升速度是全球平均水平的兩到四倍。北半球寒帶和北極多年凍土融化增加了溫室氣體排放，進(jìn)一步加劇了全球氣溫上升。北極海冰正在以驚人的速度消失，將迅速走向人類(lèi)歷史上從未見(jiàn)過(guò)的新低冰狀態(tài)，氣候模型預(yù)計(jì)在近年內(nèi)北極夏季將處于無(wú)冰狀態(tài)。而海冰面積的減少反過(guò)來(lái)又改變了海氣相互作用，影響大氣和海洋能量平衡以及海洋生態(tài)系統(tǒng)的變化。隨著北極海冰的消失，北極航道有望實(shí)現(xiàn)夏季通航。北極海底多年凍土層和水下沉積層中的巨量甲烷或天然氣水合物等資源有可能得到開(kāi)采利用，但同時(shí)也可能給北極大氣、海洋、生態(tài)、氣候乃至全球溫室氣體的減排調(diào)控帶來(lái)新的挑戰(zhàn)和負(fù)面影響。

由于北冰洋特殊的地理位置、獨(dú)特的自然環(huán)境和豐富的自然資源，已成為國(guó)內(nèi)外北極科學(xué)考察和研究的熱點(diǎn)地區(qū)。自1999年我國(guó)首次組織實(shí)施了北極科學(xué)考察以來(lái)，已成功實(shí)施了14次多學(xué)科綜合考察，在白令海、北冰洋和北大西洋極區(qū)開(kāi)展了系統(tǒng)的綜合科學(xué)考察，取得了令人矚目的科學(xué)考察和研究成果。但與世界其他海洋相比，北冰洋地質(zhì)歷史時(shí)期的氣候與環(huán)境演化記錄仍顯不足，迫切需要研究北冰洋的古海洋與古氣候記錄，特別是北冰洋對(duì)間冰期極盛與極熱期的響應(yīng)與反饋，近期的海冰急劇減少與過(guò)去第四紀(jì)暖期的關(guān)系，以及北冰洋的表層洋流和水團(tuán)的演化等。

《北冰洋的沉積學(xué)與古海洋學(xué)研究》專(zhuān)著在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目等14個(gè)項(xiàng)目的共同資助下，集成了我國(guó)歷次北極海洋地質(zhì)考察和研究成果，全面系統(tǒng)地總結(jié)和展示了我國(guó)學(xué)者在北冰洋的沉積學(xué)、古海洋與古氣候研究領(lǐng)域取得的成果：查明了北冰洋近現(xiàn)代沉積物的物質(zhì)來(lái)源及其沉積機(jī)制；揭示了北冰洋在地質(zhì)歷史時(shí)期至近現(xiàn)代時(shí)間尺度上的氣候和海洋環(huán)境演變歷史；探討了北冰洋地質(zhì)歷史時(shí)期的氣候與環(huán)境變化與低緯度之間的內(nèi)在聯(lián)系及其調(diào)控機(jī)制；總結(jié)了近期北冰洋在多個(gè)研究領(lǐng)域取得的進(jìn)展和相關(guān)的前沿科學(xué)問(wèn)題，為北極的古海洋與古氣候以及相關(guān)領(lǐng)域的研究提供參考和借鑒，也為預(yù)測(cè)北極未來(lái)氣候與海洋環(huán)境變化提供了重要的科學(xué)依據(jù)。

中國(guó)科學(xué)院院士

2025年5月9日

前 言

北極在地球氣候系統(tǒng)中扮演著重要角色，這是因?yàn)楸睒O地區(qū)的環(huán)境變化速度幾乎比地球上的任何地方都要快。在過(guò)去幾十年里，北極大氣、海洋和陸地溫度的上升速度是全球平均水平的2～4倍，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為北極放大。北半球寒帶和北極多年凍土融化增加了溫室氣體排放，進(jìn)一步加劇了全球氣溫上升。與此同時(shí)，北極海冰正在以驚人的速度消失，海冰覆蓋面積急劇減少，夏季海冰融化發(fā)生得更早，夏季海冰面積縮小得更快。而海洋環(huán)流、熱量和淡水收支變化也影響著海冰和海洋的生態(tài)系統(tǒng)變化。海冰面積的減少反過(guò)來(lái)又改變了海氣相互作用，影響了大氣和海洋的能量平衡。北極可能正在迅速走向人類(lèi)歷史上從未見(jiàn)過(guò)的新低冰狀態(tài)，甚至是季節(jié)性無(wú)冰狀態(tài)。伴隨著全球變暖加劇，基于觀(guān)測(cè)的氣候模型預(yù)計(jì)在近年內(nèi)北極夏季將處于無(wú)冰狀態(tài)，西伯利亞邊緣海與加拿大北極群島長(zhǎng)期冰封的北極航道有望實(shí)現(xiàn)夏季通航，沉睡在海底多年凍土層和沉積層中的巨量甲烷或天然氣水合物等資源有可能得到開(kāi)采利用，給北極周邊國(guó)家乃至全球經(jīng)濟(jì)帶來(lái)福音，但同時(shí)也可能給北極大氣、海洋、生態(tài)、氣候乃至全球溫室氣體的減排調(diào)控帶來(lái)新的挑戰(zhàn)和負(fù)面影響。同時(shí)，北半球最大的格陵蘭冰蓋也正在退縮，冰蓋融化導(dǎo)致的海平面上升使全球海洋環(huán)境和人類(lèi)生存面臨巨大風(fēng)險(xiǎn)。研究表明，這些變化不是孤立發(fā)生的，而是涉及影響北極自然和人類(lèi)系統(tǒng)以及更大的地球系統(tǒng)的多個(gè)組成部分的反饋。了解這些系統(tǒng)或組成部分的相互作用，包括人類(lèi)行為對(duì)北極環(huán)境的影響，變得越來(lái)越重要，而且對(duì)預(yù)測(cè)未來(lái)北極和全球氣候變化至關(guān)重要。

北冰洋集特殊的地理位置、獨(dú)特的自然環(huán)境、豐富的自然資源以及復(fù)雜的地緣政治關(guān)系于一身，彰顯了其非常重要的科研價(jià)值。國(guó)際北極科學(xué)考察與研究已有上百年的歷史，幾乎涉及所有的學(xué)科領(lǐng)域。目前，在適合考察活動(dòng)的季節(jié)，各國(guó)的科考船都不約而同地出現(xiàn)在北冰洋的不同區(qū)域開(kāi)展考察和實(shí)驗(yàn)，拉開(kāi)了每年北極科學(xué)考察的大幕，凸顯了北極科學(xué)考察的熱點(diǎn)地位。一些重大的國(guó)際研究計(jì)劃，如世界氣候研究計(jì)劃（World Climate Research Programme，WCRP）、國(guó)際地圈生物圈計(jì)劃（International Geosphere Biosphere Programme，IGBP）、綜合大洋鉆探計(jì)劃（Integrated Ocean Drilling Program，IODP）、國(guó)際極地年（International Polar Year，IPY）等也都將北極作為關(guān)鍵地區(qū)，并制定了詳細(xì)的北極研究計(jì)劃。國(guó)際北極科學(xué)委員會(huì)（International Arctic Science Committee，IASC）于2016年制定了未來(lái)10年北極研究的前沿框架，重點(diǎn)方向幾乎涵蓋了與北極相關(guān)的所有研究領(lǐng)域。美國(guó)于2021年發(fā)布了《2022—2026年北極研究計(jì)劃》，其優(yōu)先領(lǐng)域之一是在地質(zhì)時(shí)間尺度上，加強(qiáng)北極氣候和環(huán)境變化觀(guān)測(cè)與跨機(jī)構(gòu)建模能力，以及北極和地球系統(tǒng)過(guò)程研究，增強(qiáng)對(duì)北極系統(tǒng)相互作用的理解，旨在提高我們觀(guān)察、理解和預(yù)測(cè)北極動(dòng)態(tài)互聯(lián)系統(tǒng)及其與地球系統(tǒng)聯(lián)系的能力。2020年歐洲大洋鉆探研究聯(lián)盟（European Consortium for Ocean Research Drilling, ECORD）發(fā)布了“2050科學(xué)架構(gòu)”，制定了包括極地冰的作用、高緯度極地氣候記錄、極地放大效應(yīng)、冰凍圈反饋和冰蓋與海平面上升等5個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。這些研究計(jì)劃和關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題為北極未來(lái)研究指明了方向，可以幫助我們更好地理解不同時(shí)間尺度上北極的海洋-大氣-海冰-冰蓋系統(tǒng)對(duì)全球氣候和海洋環(huán)境的影響。

我國(guó)的北極科學(xué)考察和研究起步較晚，但發(fā)展迅速。自1999年我國(guó)首次組織實(shí)施以我國(guó)為主的北極科學(xué)考察以來(lái)，已成功實(shí)施了14次多學(xué)科綜合考察，在白令海和北冰洋太平洋扇區(qū)開(kāi)展了系統(tǒng)的有關(guān)海洋環(huán)境變化和海-冰-氣系統(tǒng)變化過(guò)程的關(guān)鍵要素考察與觀(guān)測(cè)，取得了令人矚目的考察成果。2012年，經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，我國(guó)極地研究領(lǐng)域規(guī)模最大的極地專(zhuān)項(xiàng)“南北極環(huán)境綜合考察與評(píng)估”開(kāi)始實(shí)施，是我國(guó)極地事業(yè)發(fā)展的里程碑，標(biāo)志著我國(guó)北極科學(xué)考察與研究進(jìn)入跨越發(fā)展新階段。海洋地質(zhì)考察是我國(guó)北極科學(xué)考察的主要內(nèi)容之一，旨在通過(guò)對(duì)北極重點(diǎn)海域海底沉積物的調(diào)查和研究，系統(tǒng)掌握北冰洋海底沉積物的類(lèi)型、物質(zhì)組成、來(lái)源和分布狀況，揭示北冰洋在地質(zhì)歷史時(shí)期至近現(xiàn)代時(shí)間尺度上的氣候和海洋環(huán)境演變歷史，探討北冰洋、亞北極北太平洋以及我國(guó)過(guò)去氣候與環(huán)境變化之間的內(nèi)在聯(lián)系及其變化機(jī)制，了解與北極油氣和天然氣水合物資源有關(guān)的基礎(chǔ)地質(zhì)信息，提高我國(guó)北極海洋的地質(zhì)研究水平。同時(shí)對(duì)提升我國(guó)在國(guó)際北極研究中的地位、在氣候變化談判中的話(huà)語(yǔ)權(quán)以及在應(yīng)對(duì)氣候變化方面的履約能力，提高在氣候預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、防災(zāi)減災(zāi)以及航道通航的環(huán)境保障等重大國(guó)家戰(zhàn)略需求等方面的服務(wù)水平也有重要作用。

與世界其他海洋相比，北冰洋地質(zhì)歷史時(shí)期的氣候與環(huán)境變化記錄嚴(yán)重缺乏，北極的氣候和環(huán)境變化研究仍然面臨諸多挑戰(zhàn)。例如，北極海冰的初始形成時(shí)間？如何解釋最近海冰急劇減少的趨勢(shì)及其與當(dāng)今全球變暖和過(guò)去第四紀(jì)暖期的關(guān)系？等等。已有研究表明，在過(guò)去幾百萬(wàn)年中，出現(xiàn)了低冰甚至季節(jié)性無(wú)冰的狀況，抑或有巨厚冰架覆蓋整個(gè)北冰洋的極端情形。這種不確定性突出表明，需要迫切研究北冰洋的古海洋與古氣候記錄，特別是北冰洋對(duì)間冰期極盛與極熱期的響應(yīng)與反饋。為了解未來(lái)北極的氣候變化，我們需要特別關(guān)注最近地質(zhì)歷史時(shí)期的低冰期。因此，北冰洋的古海洋與古氣候研究仍顯不足，還存在研究區(qū)域和時(shí)間尺度上的局限性等問(wèn)題。本書(shū)的目的是集成我國(guó)歷次北極海洋地質(zhì)考察和研究成果，旨在全面系統(tǒng)地總結(jié)和展示我國(guó)學(xué)者在北冰洋沉積學(xué)、古海洋與古氣候研究領(lǐng)域取得的成就，為預(yù)測(cè)未來(lái)北極氣候與海洋環(huán)境變化提供科學(xué)依據(jù)。

點(diǎn)擊圖片可跳轉(zhuǎn)購(gòu)買(mǎi)

本書(shū)可供海洋地質(zhì)學(xué)、極地科學(xué)、冰凍圈科學(xué)、海洋科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、大氣科學(xué)、生命科學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的研究人員以及高等院校師生參考。

左右滑動(dòng)，查看目錄

本文摘自科學(xué)出版社2025年6月出版《北冰洋的沉積學(xué)與古海洋學(xué)研究》一書(shū)，內(nèi)容有刪節(jié)。標(biāo)題為編者所加。

（本文編輯：孟美岑mengmeicen@cspm.com.cn）

地球?yàn)槟愣D(zhuǎn)！

歡迎關(guān)注：賽杰奧（sci_geo）

科學(xué)出版社地球科學(xué)訂閱號(hào)