海洋无论是近几十年还是数千年前,都是地球大气中的二氧化碳来源的最重要储存库。不过最近一个国际研究小组报告称,南大洋的活动削弱了温室气体的锁定,而南大洋的洋流活动的增加可以解释过去11000年地球神秘变暖的原因。

科学家们关于二氧化碳增加提出了各种假说,但最终原因一直并不确定。现在由普林斯顿大学和马克斯普朗克化学研究所的科学家领导的国际合作把成因指向了南大洋上升流的增加。南大洋的环流增加使二氧化碳泄漏到大气中,致使地球变暖。他们的研究发表在最新一期的《自然地球科学》杂志上。

研究人员从化石硅藻中提取少量的氮,创建南大洋活动的模型

普林斯顿地质和地球物理科学的教授丹尼尔西格曼说,随着全球二氧化碳水平的逐渐上升,该时期气候变暖逐步变得稳定,而了解上升的原因是非常有趣的。

多年来研究人员已经知道,浮游植物的生长和死亡会将二氧化碳泵入海洋深处,这一过程通常被称为“生物泵”。这种生物泵主要由低纬度海洋驱动的,但在靠近两极的地方却遭到破坏,二氧化碳通由深水迅速进入表层而被排放回大气层。最严重的始作俑者是环绕着南极洲的南大洋。南大洋上升流的增加可能是造成全新世气候的罪魁祸首,而这一时期在工业革命之前的10000多年前就已经存在了。

大多数科学家都认为全新世气候的温暖对人类文明的发展至关重要。全新世是一个“间冰期”,是过去一百万年冰河时期罕见的温暖气候之一。冰川的消融为人类开辟了一个更广阔的景观,大气中的二氧化碳的增多使农业生产更加多产,这使得人们可以减少他们的狩猎活动,建立永久的定居点。

研究人员表示,全新世在几个关键方面与其他间冰期不同。首先,它的气候异常稳定,没有其他间冰期具有的典型降温趋势。其次大气中二氧化碳浓度上升大约百万分之20,从全新世早期的百万分之260 增加到全新世晚期的百万分之280 ,而二氧化碳在其他间冰期通常呈稳定或下降趋势。

相比之下,自工业化开始至今由于化石燃料燃料,大气中的二氧化碳浓度从百万分之280增加到百万分之400还多。在这种背景下,全新世期间观测到的百万分之20 增长可能看起来很小,然而科学家们认为,虽然增长很小然而却非常重要,它在阻止全新世逐渐降温方面发挥了关键作用,因此海洋可能是全新世气候“特殊稳定”的原因。而温暖的气候,对于复杂人类文明的发展有很大促进作用。

为了研究全新世二氧化碳上升的潜在原因,研究人员调查了来自南大洋几个不同地区的三种类型的化石:硅藻,有孔虫以及深海珊瑚。根据这些化石矿物壁中捕获的微量有机物的氮同位素比率,科学家们能够重建过去1万年来南大洋地表水中营养物浓度的演变。

化石中的氮同位素测量结果表明,在全新世期间,富含营养物质和二氧化碳的水量增加,从深海涌入南大洋表面。虽然增加上升流的原因尚不清楚,但最可能是被一条环绕着南极洲的东风带所影响。

今天同样的过程正在发挥作用:海洋对碳的吸收正在减缓化石燃料燃烧产生导致的大气种二氧化碳浓度的上升,然而南大洋的上升流的增加仍然使得一部分二氧化碳排放回大气中。如果全新世的研究结果可用于预测未来南大洋上升流将如何发生变化,它将提高我们预测大气二氧化碳变化以及全球气候变化的能力

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