冰河时代大气二氧化碳降低三分之一之谜,终于得到解决!

研究模型表明,在上一个冰河时代,大气中二氧化碳的减少量有四分之三以上是由这种组合造成。 在最后一次冰期,二氧化碳浓度约为百万分之180,而在公元1800年而在工业...

冰河时代大气二氧化碳降低三分之一之谜,终于得到解决!

自从科学家们首次确定大气中的二氧化碳(CO2)在冰河期比温暖期低得多以来,就一直在寻找原因,从理论上推测这可能是海洋环流、海冰、含铁尘埃或温度的作用。然而,没有一个基于现有证据的计算机模型能够解释为什么在冰河时代到来时,二氧化碳浓度会降低三分之一。在发表在《科学进展》(Science Advances)上的一项新研究,为解决这一问题提供了令人信服的证据。

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海水温度变化和来自南半球大陆尘埃中铁元素的结合,研究的合著者、俄勒冈州立大学的气候科学家Andreas Schmittner说:过去许多分析海洋温度的研究都假设整个地球海洋温度以同样的速度冷却——大约2.5摄氏度。当运行模型时,温度只占大气中二氧化碳减少的一小部分。现在知道,在一些地区,海洋的温度要低得多,在中纬度地区,海洋的温度可以达到5摄氏度。由于冷水具有更高的二氧化碳溶解度,有可能从大气中吸收更多的碳。

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而过去的研究没有考虑到这一点——而且它实现了更多的这种可能性。较冷的海洋温度将占到最后一次冰河时期二氧化碳减少量的一半——或者说是最后一个冰河时代的高度。另外三分之一左右,可能是由于来自大陆的含铁尘埃增加,并使南大洋表面“肥沃”所致。铁元素的增加将促进浮游植物的生长,吸收更多的碳并将其沉积到海洋深处。研究模型表明,在上一个冰河时代,大气中二氧化碳的减少量有四分之三以上是由这种组合造成。

在最后一次冰期,二氧化碳浓度约为百万分之180,而在公元1800年而在工业革命之前,这一比例为280ppm,剩余的碳减少量可能是由于营养有效性和/或海洋碱度的变化。铁元素的增加可能是由于冰层冲刷了巴塔哥尼亚、澳大利亚和新西兰的地貌,把铁从岩石和土壤中拉了出来。由于天气又冷又干,铁可能被风刮起并沉积在海里。对全球海洋的三维模型与从最后一次最大冰期海洋沉积物中得到的观察结果吻合得很好。

当地球在最后一个冰河时代冷却下来的时候,海洋自然也冷却下来了——除了极地附近,那里已经是在不结冰的情况下最冷的地方。在暖期,高纬度和中纬度海洋表面温度差异显著。随着温暖的海水流向南极洲并开始降温,流失的热量进入大气层,增加了海洋吸收二氧化碳的可能性。这就像从冰箱里拿出一瓶啤酒,随着天气变暖,泡泡就会冒出来。二氧化碳是一种气体,它可以溶解在水中,也可以从大气中进入海洋,它更容易溶解在较冷的水中。

但这一过程需要一段时间,因此海洋并没有充分认识到它在南极洲周围海域吸收二氧化碳的潜力,这些海域占据了大部分深海。当中纬度的海洋开始变冷时,它们开始从大气中吸收更多的二氧化碳,而由于较冷的水更容易溶解二氧化碳,排放的二氧化碳更少。这是一个完美的组合,几乎可以精确地解释为什么在冰河时期二氧化碳浓度会降低三分之一。

博科园|研究/来自:俄勒冈州立大学参考期刊《科学进展》DOI: 10.1126/sciadv.aaw4981博科园|科学、科技、科研、科普

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