距今4000多万年前，郁郁葱葱的南洋杉长满了南极洲大陆，许多有袋类动物在这片温带森林中自由生活，觅食着昆虫、果实和嫩叶，而彼时，北极也是一片温暖的自由水域;如今，两极早已被厚厚的冰盖覆盖，成为冰天雪地的世界。我们不禁思考：究竟是何因素，让两极变为如今的银装素裹之貌?
温带森林
想要找到答案，我们需要把时间拨回6600万年前的新生代。
距今约66Ma(Mega-annum，百万年)，白垩纪 - 古近纪灭绝事件发生。这场灾难致使全球约 75% 的物种灭绝，非鸟类恐龙彻底告别地球，哺乳动物艰难求生。至此，地球历史翻开新篇，进入新生代。我们现在看到的两极冰盖，正是在新生代形成的。
关于两极冰盖形成的原因，目前学术界分为两种学派，一种是洋流派，一种是高原派。我们先说第一种。
距今约66Ma至34Ma前，地球处于较为温暖的时期，两极没有冰盖，全球平均温度约在20℃以上，比现今温度还要高。此时的陆地部分如下图所示，与今天的有所不同。
但在距今34Ma 前，板块运动导致德雷克海道和塔斯马尼亚海道打开，南极洲与南美洲、澳洲彻底分离，周围形成了闭合的水圈。这一变化促使环南极洋流——一股自西向东环绕南极洲的洋流诞生。由于没有陆地阻挡，它在西风驱动下高速流动，像一道“热屏障”，挡住了亚热带的温暖海水。
图源：星球科学评论
失去热量补给的南极洲，夏季气温也降至冰点以下，降雪无法完全融化，开始逐年积累。白色的积雪具有高反射率，能把大部分太阳辐射反射回太空，让南极洲进一步变冷;而变冷又会扩大降雪范围、增加降雪量，形成“降温→降雪积累→进一步降温”的正反馈循环。最终，积累的降雪被压实成冰，形成了如今巨大的南极冰盖。
南极冰盖的形成以“干冷”为核心条件 —— 环南极洋流阻挡暖水导致了低温，加上终年不化的降雪产生的积累效应，共同促成了冰盖的形成。北极有所不同，由于没有南极那般不断围绕的环南极洋流的降温，北极想要形成冰盖，只能靠冬季大量降雪，堆叠到夏季也不能完全融化的地步，以此达到上述的正反馈循环。
北极冰盖的形成相对较晚。距今约3Ma前，巴拿马地峡隆升，阻止了太平洋和大西洋之间的赤道洋流交换，迫使加勒比海暖水强化并向北运输，形成了更强大的墨西哥湾暖流。暖流给北极带来了巨量的水汽，北极地区形成更多降雪，降雪经过几百万年的积累，形成冰盖。
巴拿马地峡隆升和中美洲海道关闭
北极冰盖包括格陵兰冰盖、北极海冰等。北极海冰由咸的海水直接冻结而成，受温度影响较大，在新生代冰期与间冰期的全球温度变化中有时会大部分融化，而格陵兰冰盖等陆地冰盖一般厚达几千米，较为稳定，延续至今。
以上为洋流学派的观点，接下来我们来讲高原学派。
在新生代，板块运动极其活跃，地球形成了许多高原，比如青藏高原、科罗拉多高原等。高原学派认为，在这些高原的隆升过程中，地壳深部会大量暴露新鲜硅酸盐岩。这类岩石是地壳中最常见的类型，像花岗岩、玄武岩都属此列。硅酸盐岩暴露在空气中时，会与雨水、大气中的 CO₂发生化学反应，转化为碳酸盐物质，最终随着河流汇入海洋。在海洋中，珊瑚、贝类等生物会吸收海水中的碳酸盐，形成外壳(生物过程);同时，海水中的钙离子与碳酸根离子也会直接结合，沉淀形成岩石(非生物过程)，这两种方式都能将 CO₂永久固定在海底。
图源：星球科学评论
二氧化碳属于温室气体，以上过程降低了大气中二氧化碳的浓度，减弱了温室效应，导致地球能保存的热量减少，散失到太空的热量增加，进而导致全球平均气温下降。随着全球平均气温下降，两极地区的夏季最高温逐步降低，冬季积累的积雪无法完全融化，积雪不断压实、积累，最终导致冰盖形成。
以上是高原学派的相关理论。
目前来说，洋流学派是被广泛接受解释两极冰盖形成的主流理论，而高原学派虽然不能解释地质上一些迅速的突变过程(如南极冰盖在34Ma突然形成)，但其为全球降温大背景的形成提供了重要补充，对冰盖形成起到了辅助作用。
关于两极冰盖形成原因的系统性研究是从现代才开始的。由于海洋科学和地球物理学的发展和证据支持，板块构造理论(魏格纳1913年提出)于1960s被科学家们重新拾起。1977年，詹姆斯·P·肯尼特发表论文，系统性地提出洋流学说，指出南极洲的地理解离和南极环流导致南极冰川形成。1988年，雷莫和他的老师拉迪曼共同发表论文，提出高原学说，指出晚新生代山脉隆起增加了硅酸盐风化，消耗大气CO₂驱动全球变冷。
2001年，扎乔斯结合两个学派的研究，发表综述论文，系统梳理了新时代气候演变，也指出洋流变化推动气候阶跃式变化。(如下图，部分改动和翻译)
横轴数字越大相当于全球平均温度越低
两极冰盖的形成是地球地质与气候长期互动的结果，而如今，人类活动引发的全球变暖正打破这一平衡 —— 两极冰盖的融化速度已远超自然演变速率。
冰盖融化不仅会导致海平面上升，还会扰乱全球洋流和气候系统，直接影响人类的生存环境。了解冰盖形成的历史机制，能帮助我们更精准地预测气候变化趋势，为应对全球变暖、守护地球家园提供科学依据。对地球而言，人类或许只是过客，但我们可以通过科学行动，延长自己在这颗星球上的“居住权”。
本文作者：厦门大学环境与生态学院崔宇博、陈泊宇。
本文由海洋负排放(ONCE)国际大科学计划、厦门大学碳中和创新研究中心支持。
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