揭秘地球氣候歷史的高保真記錄
2020-09-14 科技工作者
俯瞰地球。
《科學》雜誌當地時間9月10日報導，經過幾十年的研究和廣泛的國際合作，美國加州大學聖克魯茲分校（UCSC）、德國不萊梅大學（UOB）、波茨坦氣候影響研究所（PIK）等首次編制了一份高保真度、具有連續性的地球氣候變化記錄。
它記錄了地球過去6600萬年間的氣候變化情況，揭示了4種不同的氣候狀態（溫室、暖室、冷室和冰室）。這些主要的氣候狀態持續時間長達數百萬甚至數千萬年。
在每一個時期內，氣候都隨著地球繞太陽運行的軌道變化呈現出節律性變化。但每種氣候狀態對軌道變化的反應不同，軌道變化導致的全球溫度的變化相對較小，而不同氣候狀態交替造成的全球溫度變化則非常劇烈。
這項研究的挑戰在於，研究人員需要在足夠精確的時間尺度上，確定歷史氣候變化，並分析出軌道變化引發的氣候變化程度。
論文作者、UCSC教授James Zachos解釋說：「冰期-間冰期循環隨地球軌道的變化呈現出節奏變化。這改變了抵地太陽能的量，天文學家據此可以計算出過去的軌道變化情況。當我們重建歷史氣候時，很容易發現大致的長期變化。但我們也清楚，受軌道變化影響，應該有更精確的節奏變化。過去我們一直認為這一信號無法恢復。」
在過去的300萬年中，地球氣候一直處於冰室期，其特徵是冰期和間冰期交替出現。在冰室期，現代人類進化了，由此產生的溫室氣體和人類活動正把地球推向前所未見的溫室期。Zachos說：「政府間氣候變化專門委員會（IPCC）預測，在『一切照舊』的情況下，全球氣溫可能上升至5000萬年以來的最高點。」
國際海洋鑽井計劃（ODP）和海洋綜合鑽井計劃（IODP）為科學家提供了來自深海盆地的高質量沉積物巖心。它們在新氣候記錄的編制過程中扮演了關鍵角色。歷史氣候的特徵在海底沉積物的微型浮遊生物外殼中留下了蹤跡。在分析了沉積物巖心後，研究人員需要通過將沉積物層記錄與地球軌道的變化進行匹配，擬定出「天文年代學」。
2001年，Zachos等曾在《科學》雜誌發文稱，氣候應對軌道變化的周期大概是500萬年，時間跨度為漸新世至中新世。
Zachos與論文作者、UOB研究人員Thomas Westerhold合作，從記錄的早期部分中挖掘出了許多新數據。Westerhold負責了其中一個關鍵步驟——拼合世界各地的沉積物巖心中獲得的氣候記錄的重疊片段。Zachos評價說：「收集如此龐大的氣候記錄是非常繁瑣的。這是國際合作的重大成果。」
透過新彙編的氣候記錄，研究人員發現，氣候對軌道變化的反應，與溫室氣體水平、極地冰蓋範圍等因素密切相關。Zachos說：「在一個無冰的極端溫室世界裡，雖然冰蓋不會有任何反饋，但這會改變氣候的動態。」
在過去的6600萬年中，大多數主要的氣候變化都與溫室氣體水平變化有關。Zachos分析古新世-始新世熱峰值（PETM）後發現，導致氣候進入溫室期的快速全球變暖事件，與大量碳進入大氣有關。與之相似，在始新世晚期，隨著大氣中二氧化碳含量的降低，南極開始形成冰原，氣候也轉入冷室期。
Zachos說：「臨近轉變時，氣候會變得不穩定。我們發現了涉及軌道因素的更具確定性的反應。新氣候記錄為許多領域的研究提供了極富價值的框架。它不僅可以用於測試氣候模型，還能為地球動力學和物種進化研究提供幫助。」
編譯：雷鑫宇 審稿：西莫 責編：陳之涵
期刊來源：《科學》
期刊編號：0036-8075
原文連結：https://www.sciencedaily.com/releases/2020/09/200910150313.htm
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