在过去百万年间 ， 地球历史频繁展现“冰川期-间冰期”循环的特征——气候的巨大波动与横跨大陆的冰盖增减情况有关 ， 而循环期则由地球轨道和自转的振荡触发 。 然而 ， 轨道振荡太过微小 ， 无法解释气候的巨大变化 。
美国普林斯顿大学地质与地球物理学教授Daniel Sigman说：“冰川期的成因是地球科学领域的重要未解问题 ， 解释这一问题有助于提高人类预测未来气候变化的能力 。 ”
大气中二氧化碳含量下降是冰川循环的主要特征之一 ， 但造成二氧化碳含量变化的原因仍然未知 。
近日 ， 美国普林斯顿大学和德国马克斯·普朗克化学研究所（MPIC）领导的国际团队发现 ， 在冰川期 ， 南极海洋表层水的变化使更多的二氧化碳储存在了深海之中 。
借助南极海洋的沉积物岩心 ， 研究人员获取了硅藻化石中有机质化学成分的详细记录 ， 并由此证实：在冰川期 ， 南极海洋由风驱动的上升流系统性减少了 。 相关研究成果刊登于《科学》 。
海洋藻类下沉并将二氧化碳泵入海洋深处的过程被称为“生物泵” ， 在靠近两极的区域 ， 它的泵送效率十分低下 ， 因为在这些地区 ， 深水会快速上升至海面 ， 将二氧化碳排放回大气之中 。 在南冰洋 ， 这种返排现象尤其明显 。
虽然科学家已经认识到 ， 风力驱动的上升流减少能够解释冰川期大气中二氧化碳含量的下降 ， 但他们一直无法明确地检验这种变化 。 为此 ， 普林斯顿和MPIC等合作开发了一种基于硅藻记录的检验方法 。
大量生长于南冰洋的硅藻死亡后下沉海底 ， 其硅壳在深海沉积物中不断积累 ， 硅壳中的氮同位素会随表层水中未使用氮的含量变化 。 通过检视氮同位素比率 ， 研究人员揭示了过去15万年间 ， 南极表层水中的氮浓度在两个冰期和两个温暖间冰期的演变情况 。
论文作者、普林斯顿大学研究生Ellen Ai说 ， “在南极出现的上升流越多 ， 表层水中的氮浓度就越高 。 有了新方法 ， 我们得以重建南极上升流的变化情况 。 ”
新发现让研究人员了解了南极上升流和大气二氧化碳的变化是如何与引发冰川循环的轨道振荡相关联的 ， 这让科学家们向着冰川期起源的完善理论迈进了一步 。
Sigman说：“上升流驱动的大气二氧化碳变化是冰川期循环的核心因素 ， 但它的影响与预期有出入 。 例如 ， 南极上升流导致的二氧化碳变化实际上延长了最暖气候期 ， 而并不会让地球加速进入冰川期 。 ”
此外 ， 新发现对预测海洋如何应对全球变暖也有重要意义 。 研究人员发现 ， 在过去温暖的时期 ， 南极海洋中由风驱动的上升流增强了 ， 这表明在全球变暖的背景下 ， 上升流也会强化 。 强化后的南极上升流可能会加速海洋吸收全球变暖产生的热量 ， 影响南极海洋、冰层的生物条件 。
科界原创
编译：德克斯特 审稿：西莫 责编：陈之涵
期刊来源：《科学》
期刊编号：0036-8075
原文链接：https://phys.org/news/2020-12-ice-ages-tiny-ocean-fossils.html
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