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本書基于近年來北冰洋多學科的調查與研究資料，概述北冰洋的地形地貌、現代海洋環境、冰蓋與冰川作用、構造演化歷史和區域地質特征。在此基礎上，系統總結我國第1次至第11次北極科學考察的研究成果，全面歸納和展示我國學者在北冰洋沉積學、地層學、古生物學、礦物學、地球化學、古海洋與古氣候等領域取得的研究進展，如北冰洋近現代生源沉積物和陸源沉積物的沉積特征及環境指示意義，北冰洋的地層學研究，中—晚更新世以來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動機制等，提出了當前北冰洋地質研究面臨的前沿科學問題。對深入理解北冰洋地質歷史時期至近現代的海洋環境與氣候變化過程及其對全球氣候變化的作用和影響具有重要的科學意義和應用價值，并為預測北極未來海洋環境與氣候變化提供科學依據。

序

北極是全球氣候變化最為顯著的地區之一。在過去的幾十年里，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，將迅速走向人類歷史上從未見過的新低冰狀態，氣候模型預計在近年內北極夏季將處于無冰狀態。而海冰面積的減少反過來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系統的變化。隨著北極海冰的消失，北極航道有望實現夏季通航。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采利用，但同時也可能給北極大氣、海洋、生態、氣候乃至全球溫室氣體的減排調控帶來新的挑戰和負面影響。

由于北冰洋特殊的地理位置、獨特的自然環境和豐富的自然資源，已成為國內外北極科學考察和研究的熱點地區。自1999年我國首次組織實施了北極科學考察以來，已成功實施了14次多學科綜合考察，在白令海、北冰洋和北大西洋極區開展了系統的綜合科學考察，取得了令人矚目的科學考察和研究成果。但與世界其他海洋相比，北冰洋地質歷史時期的氣候與環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，特別是北冰洋對間冰期極盛與極熱期的響應與反饋，近期的海冰急劇減少與過去第四紀暖期的關系，以及北冰洋的表層洋流和水團的演化等。

《北冰洋的沉積學與古海洋學研究》專著在國家重點研發計劃項目和國家自然科學基金重點項目等14個項目的共同資助下，集成了我國歷次北極海洋地質考察和研究成果，全面系統地總結和展示了我國學者在北冰洋的沉積學、古海洋與古氣候研究領域取得的成果：查明了北冰洋近現代沉積物的物質來源及其沉積機制；揭示了北冰洋在地質歷史時期至近現代時間尺度上的氣候和海洋環境演變歷史；探討了北冰洋地質歷史時期的氣候與環境變化與低緯度之間的內在聯系及其調控機制；總結了近期北冰洋在多個研究領域取得的進展和相關的前沿科學問題，為北極的古海洋與古氣候以及相關領域的研究提供參考和借鑒，也為預測北極未來氣候與海洋環境變化提供了重要的科學依據。

中國科學院院士

2025年5月9日

前 言

北極在地球氣候系統中扮演著重要角色，這是因為北極地區的環境變化速度幾乎比地球上的任何地方都要快。在過去幾十年里，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，這種現象被稱為北極放大。北半球寒帶和北極多年凍土融化增加了溫室氣體排放，進一步加劇了全球氣溫上升。與此同時，北極海冰正在以驚人的速度消失，海冰覆蓋面積急劇減少，夏季海冰融化發生得更早，夏季海冰面積縮小得更快。而海洋環流、熱量和淡水收支變化也影響著海冰和海洋的生態系統變化。海冰面積的減少反過來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歷史上從未見過的新低冰狀態，甚至是季節性無冰狀態。伴隨著全球變暖加劇，基于觀測的氣候模型預計在近年內北極夏季將處于無冰狀態，西伯利亞邊緣海與加拿大北極群島長期冰封的北極航道有望實現夏季通航，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采利用，給北極周邊國家乃至全球經濟帶來福音，但同時也可能給北極大氣、海洋、生態、氣候乃至全球溫室氣體的減排調控帶來新的挑戰和負面影響。同時，北半球最大的格陵蘭冰蓋也正在退縮，冰蓋融化導致的海平面上升使全球海洋環境和人類生存面臨巨大風險。研究表明，這些變化不是孤立發生的，而是涉及影響北極自然和人類系統以及更大的地球系統的多個組成部分的反饋。了解這些系統或組成部分的相互作用，包括人類行為對北極環境的影響，變得越來越重要，而且對預測未來北極和全球氣候變化至關重要。

北冰洋集特殊的地理位置、獨特的自然環境、豐富的自然資源以及復雜的地緣政治關系于一身，彰顯了其非常重要的科研價值。國際北極科學考察與研究已有上百年的歷史，幾乎涉及所有的學科領域。目前，在適合考察活動的季節，各國的科考船都不約而同地出現在北冰洋的不同區域開展考察和實驗，拉開了每年北極科學考察的大幕，凸顯了北極科學考察的熱點地位。一些重大的國際研究計劃，如世界氣候研究計劃（World Climate Research Programme，WCRP）、國際地圈生物圈計劃（International Geosphere Biosphere Programme，IGBP）、綜合大洋鉆探計劃（Integrated Ocean Drilling Program，IODP）、國際極地年（International Polar Year，IPY）等也都將北極作為關鍵地區，并制定了詳細的北極研究計劃。國際北極科學委員會（International Arctic Science Committee，IASC）于2016年制定了未來10年北極研究的前沿框架，重點方向幾乎涵蓋了與北極相關的所有研究領域。美國于2021年發布了《2022—2026年北極研究計劃》，其優先領域之一是在地質時間尺度上，加強北極氣候和環境變化觀測與跨機構建模能力，以及北極和地球系統過程研究，增強對北極系統相互作用的理解，旨在提高我們觀察、理解和預測北極動態互聯系統及其與地球系統聯系的能力。2020年歐洲大洋鉆探研究聯盟（European Consortium for Ocean Research Drilling, ECORD）發布了“2050科學架構”，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、冰凍圈反饋和冰蓋與海平面上升等5個關鍵科學問題。這些研究計劃和關鍵科學問題為北極未來研究指明了方向，可以幫助我們更好地理解不同時間尺度上北極的海洋-大氣-海冰-冰蓋系統對全球氣候和海洋環境的影響。

我國的北極科學考察和研究起步較晚，但發展迅速。自1999年我國首次組織實施以我國為主的北極科學考察以來，已成功實施了14次多學科綜合考察，在白令海和北冰洋太平洋扇區開展了系統的有關海洋環境變化和海-冰-氣系統變化過程的關鍵要素考察與觀測，取得了令人矚目的考察成果。2012年，經國務院批準，我國極地研究領域規模最大的極地專項“南北極環境綜合考察與評估”開始實施，是我國極地事業發展的里程碑，標志著我國北極科學考察與研究進入跨越發展新階段。海洋地質考察是我國北極科學考察的主要內容之一，旨在通過對北極重點海域海底沉積物的調查和研究，系統掌握北冰洋海底沉積物的類型、物質組成、來源和分布狀況，揭示北冰洋在地質歷史時期至近現代時間尺度上的氣候和海洋環境演變歷史，探討北冰洋、亞北極北太平洋以及我國過去氣候與環境變化之間的內在聯系及其變化機制，了解與北極油氣和天然氣水合物資源有關的基礎地質信息，提高我國北極海洋的地質研究水平。同時對提升我國在國際北極研究中的地位、在氣候變化談判中的話語權以及在應對氣候變化方面的履約能力，提高在氣候預測預報、防災減災以及航道通航的環境保障等重大國家戰略需求等方面的服務水平也有重要作用。

與世界其他海洋相比，北冰洋地質歷史時期的氣候與環境變化記錄嚴重缺乏，北極的氣候和環境變化研究仍然面臨諸多挑戰。例如，北極海冰的初始形成時間？如何解釋最近海冰急劇減少的趨勢及其與當今全球變暖和過去第四紀暖期的關系？等等。已有研究表明，在過去幾百萬年中，出現了低冰甚至季節性無冰的狀況，抑或有巨厚冰架覆蓋整個北冰洋的極端情形。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，特別是北冰洋對間冰期極盛與極熱期的響應與反饋。為了解未來北極的氣候變化，我們需要特別關注最近地質歷史時期的低冰期。因此，北冰洋的古海洋與古氣候研究仍顯不足，還存在研究區域和時間尺度上的局限性等問題。本書的目的是集成我國歷次北極海洋地質考察和研究成果，旨在全面系統地總結和展示我國學者在北冰洋沉積學、古海洋與古氣候研究領域取得的成就，為預測未來北極氣候與海洋環境變化提供科學依據。

本書可供海洋地質學、極地科學、冰凍圈科學、海洋科學、環境科學、大氣科學、生命科學等相關領域的研究人員以及高等院校師生參考。

本文摘自科學出版社2025年6月出版《北冰洋的沉積學與古海洋學研究》一書，內容有刪節。標題為編者所加。

（本文編輯：孟美岑）