眾所周知，地球在第四紀(jì)以來經(jīng)歷了冰期-間冰期的多期次旋回氣候變化?，已有研究表明二氧化碳為主的溫室氣體是氣候周期性變化的重要因素，但是二氧化碳在冰期階段為什么會降低的原因尚不明確。Science上一項(xiàng)最新研究表明，上升流驅(qū)動(dòng)的大氣二氧化碳變化是冰期氣候波動(dòng)的核心因素。美國普林斯頓大學(xué)Xuyuan E. Ai博士及國際團(tuán)隊(duì)通過在南大洋印度地區(qū)獲取的高精度硅藻數(shù)據(jù)（圖1），表明在冰期階段南大洋表層水的變化導(dǎo)致了深海沉積物中吸收了更多的二氧化碳，并認(rèn)為地球的黃赤交角是其重要驅(qū)動(dòng)因素。

圖1 研究區(qū)域圖及重要指標(biāo)數(shù)據(jù)

深海沉積物中的硅藻是一種浮游生物，隨著硅藻的死亡其體內(nèi)裹挾的二氧化碳也在生物泵作用下被傳送到深海（圖2）。相對而言，生物泵作用在熱帶、亞熱帶和溫帶的海洋中較為活躍，而在極地地區(qū)主要是通過深部海水的上升流作用完成二氧化碳到大氣的循環(huán)，因此本項(xiàng)研究在極地地區(qū)獲取的寶貴材料為解釋該過程提供了可能。研究者分析了沉積物中硅藻殼體的氮同位素來反映過去15萬年來南極洲表層海水的氮含量變化，而表層海水中氮含量變化主要受控于深部海水的循環(huán)供給，因此通過這一指標(biāo)可以較好地重建了南極洲上升流變化歷史，并將其與氣候變化和海洋活動(dòng)聯(lián)系起來。值得一提的是，該文章通過最新的生物標(biāo)志物（TEX86)重建海表溫度與冰芯等其他重建結(jié)果進(jìn)行對比（圖1），結(jié)合全新世地層中獲取的基本碳十四年代學(xué)建立了千年尺度下的高精度年代格架，為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)。最終，研究者認(rèn)為在南極洲地區(qū)上升流強(qiáng)弱變化對大氣二氧化碳的變化至關(guān)重要，進(jìn)而對氣候變化產(chǎn)生重要影響。

圖2?生物泵模式圖（圖片來自維基百科）

在獲取詳細(xì)的古氣候資料基礎(chǔ)上，研究者提出了極地二氧化碳驅(qū)動(dòng)的新模式。盡管前人已經(jīng)提出了該區(qū)域存在全球氣候（global climate)和兩極蹺蹺板（bipolar seesaw)的兩種氣候驅(qū)動(dòng)模式，但該項(xiàng)研究提出了第三種模式——黃赤交角（obliquity)（圖3）。研究者認(rèn)為黃赤交角的變化會影響經(jīng)向溫度梯度引起的，該模式能夠更好地解釋在冰期之初和間冰期內(nèi)大氣二氧化碳滯后于氣候變化的現(xiàn)象，同時(shí)也能夠更好地解釋過去氣候變化中冰期存在2萬年和1萬年的周期。

圖3 盛行西風(fēng)帶三種模式的證據(jù)對比圖

上述研究成果發(fā)表在最新一期的Science上，詳情請點(diǎn)擊下方閱讀原文，查閱文章。

參考資料：

1.Xuyuan E. Ai,et al..?Southern Ocean upwelling, Earth’s obliquity, and glacial-interglacial atmospheric CO2 change.?Science, 2020; 370 (6522): 1348 DOI:?10.1126/science.abd2115