碳「泄漏」可能使地球變暖了11000年

碳「泄漏」可能使地球變暖了11000年

海洋是地球上最重要的大氣二氧化碳儲藏地，時間跨度從幾十年到幾千年。但一個國際研究小組報告說，由於南大洋的活動，把溫室氣體封存起來的過程被削弱了，因此，南大洋活動的增加可以解釋過去1.1萬年的神秘溫暖。

普林斯頓大學杜森伯里地質和地球物理科學教授丹尼爾·西格曼(Daniel Sigman)說，由於全球二氧化碳水平的逐漸上升，這段時期的氣溫得到了穩定，因此，理解二氧化碳濃度上升的原因非常有趣。

科學家們對二氧化碳的增加提出了各種假設，但其最終原因仍不清楚。現在，由普林斯頓大學和馬克斯·普朗克化學研究所的科學家領導的一個國際合作指出，南大洋的上涌正在增加。他們的研究發表在最新一期的《自然地球科學》雜誌上。

「我們認為我們可能找到了答案，」西格曼說。「南大洋環流的增加使得二氧化碳泄漏到大氣中，使地球變暖。」

他們關於海洋變化的發現也可能對預測全球變暖將如何影響海洋循環以及化石燃料燃燒將增加多少大氣中的二氧化碳有影響。

多年來，研究人員已經知道浮游植物的生長和下沉會將二氧化碳吸入海洋深處，這一過程通常被稱為「生物泵」。西格曼說，生物泵主要是由低緯度海洋驅動的，但在靠近兩極的地方，由於深海快速地暴露在海面上，二氧化碳被排回到大氣中。最嚴重的威脅來自環繞南極洲的南大洋。西格曼說:「我們經常把南大洋稱為生物泵的泄漏。」

西格曼和他的同事們發現，南大洋涌流的增加可能有助於穩定全新世的氣候，這一時期比工業革命早了一萬多年。

大多數科學家都認為全新世的溫暖對人類文明的發展至關重要。全新世是一個「間冰期」，是在過去100萬年的冰河期中罕見的一段溫暖氣候。冰川的退縮為人類開闢了更廣闊的天地，而大氣中二氧化碳的濃度越高，農業的生產效率就越高，這使得人們可以減少捕獵活動，建立永久性的定居點。

研究人員說，全新世與其他間冰期有幾個關鍵的不同之處。其一，它的氣候異常穩定，沒有其他間冰期典型的主要降溫趨勢。其次，大氣中二氧化碳的濃度上升約為百萬分之20(百萬分之20)，從全新世早期的百萬分之260上升到晚期全新世的280ppm，而二氧化碳則在其他間冰期間保持穩定或下降。

相比之下，從工業化開始到現在，由於燃燒化石燃料，大氣中的二氧化碳濃度從280增加到400ppm以上。

「在這種情況下，全新世觀察到的20ppm的增加可能看起來很小，」西格曼說。「然而，科學家認為，這種微小但顯著的上升在防止全新世逐漸變冷方面發揮了關鍵作用，這可能促進了複雜人類文明的發展。」

為了研究全新世二氧化碳上升的潛在原因，研究人員調查了來自南大洋幾個不同地區的三種類型的化石:硅藻和有孔蟲，它們都是在海洋中發現的帶殼微生物，以及深海珊瑚。

通過這些化石的礦壁中殘留的微量有機物的氮同位素比值，科學家們得以重現過去一萬年中南大洋表層水中養分濃度的變化。

「我們用來分析化石的方法是獨特的，它為研究過去海洋環境的變化提供了一種新的方法，」該研究的第一作者Anja Studer說。

結合化石的氮同位素測量表明，全新世期間，大量的水，富含營養物質和二氧化碳，從深海湧向南大洋表面。雖然上升氣流的原因尚不清楚，但最可能的過程似乎是「咆哮的40度」的變化，這是環繞南極洲的向東吹的風帶。

由於增強的南大洋上升流，生物泵在全新世減弱，允許更多的二氧化碳從深海泄漏到大氣中，從而可能解釋大氣中二氧化碳濃度上升20 ppm。

西格曼說:「這一過程允許一些深度儲存的二氧化碳進入大氣層。」「我們實際上是在生物泵的膜上打孔。」

在全新世，大氣中二氧化碳含量的增加，抵消了之前大部分間冰期的逐漸冷卻的趨勢。因此，新的結果表明海洋可能是全新世氣候「特殊穩定」的原因。

同樣的過程今天也在起作用:海洋對碳的吸收正在減緩化石燃料燃燒所產生的大氣二氧化碳的上升速度，而南大洋的上升流仍在讓一部分二氧化碳返回大氣層。

西格曼說:「如果全新世的發現可以用來預測未來南大洋的上升流將如何變化，它將提高我們預測大氣中二氧化碳和全球氣候變化的能力。」

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