揭开古代气候秘密：南大西洋在碳交换中的作用

往事随风760

预测的海洋CO2饱和度和海洋-大气CO2交换的解释方案。鸣谢:SOS . NOAA . gov/catalog/datasets/ocean-atmosphere-CO2-exchange/和earthobservatory.nasa.gov/features/OceanCarbon

（）据《全球和行星变化》（Tain? Pinho）：在地球历史的编年史中，我偶然发现了气候波动和迷人的碳交换的扣人心弦的叙述。最近的研究登上了科学杂志《全球和行星变化》的头条，将我们带回了上一个冰河时代——那时地球的大气二氧化碳水平和全球温度差异巨大。

这项调查深入研究了海洋沉积物中的微小外壳，揭示了我们星球的大气层和神秘的南大西洋之间的复杂关系。和我一起踏上这次有趣的旅程，让我们深入了解这一发现是如何增进我们对地球气候系统的理解的。

最后的冰河时期和海因里希体育场

想象一个时代，我们的星球经历了跨越地质时代的快速而剧烈的气候变化。这些气候剧变被命名为Heinrich Stadials (HS)，以此向古海洋学家Hartmut Heinrich致敬。这些事件的标志是大西洋经向翻转环流(AMOC)的减弱和巨大冰山向北大西洋的释放。

AMOC的减速导致了南大西洋的热量积累和北大西洋的寒冷。令人惊讶的是，在这些HS发作期间，大气中的CO2水平急剧上升。可能的罪犯？邻近南极洲的南大洋通过一种称为上升流的现象自然释放海洋二氧化碳。

稳定碳同位素:来自过去时代的线索

在探索古代大气二氧化碳中稳定碳同位素的领域时，科学家们偶然发现了一个知识宝库。他们发现了较轻的碳同位素12C的优势。这种特殊的12C已经在海洋深处埋藏了亿万年，然而某些东西正在策划它返回到大气中，导致二氧化碳水平迅速上升。



AMOC示意图:近地表暖北流，深水形成，向南回流深度约2000-3000米。在此背景下，1993年以来由哥白尼卫星服务观测到的海表温度(SST)趋势显示，在北大西洋西图上有一个冷SST异常(“冷blob”)。credit:real climate . org/index . PHP/archives/2023/07/what-occuring-in-the-Atlantic-the-amoc/

为了解开这个谜团，研究人员将目光投向了浮游有孔虫。这些由钙质微壳装饰的微小海洋生物是解读海洋温度的关键。从本质上讲，这些微小的生物通过揭示其外壳内镁(Mg)与钙(Ca)的关键比例，充当了海洋“温度计”的角色。他们的发现指出，在HS事件期间，南大西洋变暖，与衰弱的AMOC相协调。值得注意的是，当代的观察表明，AMOC最近有所减弱。

浮游有孔虫的碳同位素:曲线变粗

阴谋并没有就此结束。对生活在南大西洋洋面下大约300米处的浮游有孔虫进行碳同位素分析，发现了与HS事件期间大气变化的相似之处。更多的12C相对于13C被发现，描绘了一幅引人注目的画面。然而，由于有孔虫不同的生物活动，这些同位素值在微壳和周围海洋(溶解的无机碳)之间是不同的。



300米水深溶解无机碳的稳定碳同位素组成(δ13 cdic)(Pinho等人，2023年)。数据由Eide等人(2017年)插值得出。鸣谢:全球生物地球化学循环(2017)。DOI: 10.1002/2016GB005473和全球和行星变化(2023)。DOI:10.1016/j . gloplacha . 26363863637

为了确定有孔虫壳和南大西洋水域中碳同位素值之间的平衡，研究人员进行了复杂的计算，以预测海水中的碳同位素值。这些计算考虑了三个不同研究地点的表面温度和数千年前HS事件期间的全球碳同位素值。令人惊讶的是，这些结果揭示了在南大西洋测得的碳同位素值与其预测值之间的平衡状态。

简而言之，这些微小的微壳对海洋和大气之间的碳转移有着宝贵的见解。此外，这项研究表明，这种交换不仅发生在突发事件期间，而且在更长的时间尺度上延伸到南大西洋的更深层。

南大西洋作为碳库的作用

这项开创性的研究表明，南大西洋在最后一个冰河时期充当了一个貌似合理的碳库，深刻地影响了地球海洋和大气之间的碳平衡。这些发现为气候模型提供了强大的工具，帮助我们衡量海洋吸收预计在不久的将来不断增加的大气二氧化碳的能力。



碳同位素海洋大气平衡图。低碳同位素从南大洋释放到大气中，然后在海因里希天文观测期间回到南大西洋的海洋中。信用:泰南皮尼奥

随着碳从大气向海洋的转移加剧，其影响可能波及海洋生态系统，影响到一系列物种——从鱼类到浮游生物和珊瑚礁。把握这些转变至关重要，特别是对于生活与这些生态系统错综复杂地交织在一起的沿海社区。

总之，南大西洋在碳交换中所扮演的角色生动地描绘了我们星球充满活力的过去。这些古老的谜团为应对气候变化带来的挑战提供了宝贵的见解。我们的探险在科学家的带领下继续，科学家们试图解开塑造我们星球气候系统的错综复杂的相互作用。