2006年阿留申群島克利夫蘭(lan) 火山爆發。長期由風化下沉保持平衡的碳循環中，火山活動是二氧化碳的主要來源之一。其中風化下沉代表了Komar和Zeebe模型中重要的過程。 （圖片來源：Jeff Williams/美國宇航局）

預測未來的氣候變化需要清楚詳盡地了解地球過去的氣候。發表於(yu) 《科學進展》（Science Advances）雜誌上的一項研究中，夏威夷大學馬諾阿分校(University of Hawai'i at Mānoa)的海洋學家徹底調和了過去5000萬(wan) 年的氣候和碳循環趨勢，解決(jue) 了一個(ge) 在科學文獻中爭(zheng) 論多年的問題。

縱觀地球曆史，全球氣候和全球碳循環經曆了重大變化，其中不乏一些挑戰了當前對碳循環動力學的理解。

大氣中二氧化碳減少使地球變冷，在較長時間尺度上減少陸地岩石和礦物的風化。風化作用較少，會(hui) 導致方解石補償(chang) 深度（calcite compensation depth, CCD）較淺。方解石補償(chang) 深度即海洋中碳酸鹽物質沉降速率等於(yu) 溶解速率時的深度（也被稱為(wei) “雪線”），地質曆史時期的方解石補償(chang) 深度可以通過檢查海底沉積物岩心的碳酸鈣含量來追蹤。

同在美國國家海洋與(yu) 地球科學技術學院（SOEST）工作的夏威夷大學馬諾阿分校海洋學研究生Nemanja Komar和教授Richard Zeebe，應用了迄今為(wei) 止最全麵的海洋碳酸鹽化學和方解石補償(chang) 深度計算機模型，使之成為(wei) 第一項將新生代（過去6600萬(wan) 年）碳循環的所有重要部分定量聯結的研究。

與(yu) 預期相反，深海碳酸鹽記錄表明，過去5000萬(wan) 年裏大氣二氧化碳的減少，全球CCD反而加深而非變淺，這造成了碳循環難題。

在沉積物岩心中發現的4500萬(wan) 年前的深海骨骼化石，為(wei) 科學家提供了確定岩心日期和確定過去的海洋化學成分、溫度等數據的手段。 （圖片來源：Stanley A. Kling/斯克裏普斯海洋研究所（Scripps Institution of Oceanography））

“古CCD隨時間變化的位置傳(chuan) 遞了過去綜合碳循環動力學的信號。”該研究的主要作者Komar說，“因此，追蹤整個(ge) 新生代的CCD變化並識別其波動機製，對於(yu) 反推過去大氣二氧化碳、風化和深海碳酸鹽埋藏的變化非常重要。在新生代，由於(yu) 二氧化碳減少和溫度下降，CCD應該變淺，但記錄顯示，實際上它加深了。”

Komar和Zeebe的計算機模型使他們(men) 能對潛在的機製展開研究觀察，這些機製可能是長期趨勢產(chan) 生的原因。他們(men) 還提出一種可協調所有觀察結果的理論。

“令人驚訝的是，我們(men) 發現CCD響應與(yu) 矽酸鹽和碳酸鹽風化速率的變化無關(guan) ，這挑戰了長久以來的抬升假說，該假說認為(wei) ，CCD響應因喜馬拉雅山形成導致風化速率增加，這與(yu) 我們(men) 的發現相反。”Komar說。

格陵蘭(lan) 島的冰山。 （圖片來源：pixabay）

他們(men) 的研究表明，地球冷卻和大陸冰原的形成，導致海平麵下降，埋在開闊海洋中的碳酸鹽相較於(yu) 大陸架中的比例越來越大。斷層形成的部分原因便在於(yu) 此。此外，這一時期的海洋條件導致遠洋產(chan) 碳酸鹽生物大量繁殖。

“我們(men) 的工作為(wei) 地球係統的基本過程和反饋提供了新的見解，這對於(yu) 預測未來氣候變化和碳循環至關(guan) 重要。”Komar說。

目前，研究人員正致力於(yu) 新技術研究，限製過去6600萬(wan) 年氣候和碳循環變化的時序。

翻譯：榮濟妍

審校：趙歡

引進來源：夏威夷大學馬諾阿分