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浮游生物作为气候驱动的因素

地球轨道参数的波动被认为是冰河时代等长期气候波动的触发因素。这包括地球轴线倾角的变化,周期约为40,000年。由基尔海默研究中心领导的基尔海洋科学家Kiel通过使用一种新模型表明海洋与大气之间的生物地球化学相互作用也可能导致这一时间范围内的气候波动。该研究最近发表在NatGeoscience杂志上。

地球的气候历史以周期性变化为特征,这些变化通常归因于到达地球表面的太阳辐射。这种日照在地质时间上不是恒定的,而是由地球轨道参数的周期性变化调节。影响日照的关键参数之一是地球旋转轴(倾斜度)的倾斜,其随着时间的推移周期性地变化,周期长度约为40,000年。在白垩纪和地球历史上其他时期沉积的沉积物的化学和同位素特征描述了在这个时间尺度上温度和碳循环的规律变化。在地质气候档案中观察到的40 kyr周期被认为是影响表面温度的倾斜引发的日照变化的结果,海洋和大气的循环,水文循环,生物圈,最终是碳循环。该标准理论存在的一个问题是,全球日照的变化非常小,必须通过对全球气候影响不太了解的积极反馈机制加以扩大。

来自德国基尔的一组科学家提出了一种从海洋生物圈的新数值模型中产生的截然不同的观点。它模拟了海洋中浮游生物生物量的周转,并解决了相关的微生物氧化和还原反应,控制了海洋中溶解氧,硫化物,养分和浮游生物的存量。在他们的模型实验中,科学家惊奇地发现了一个自我持续的40 kyr气候循环,使用了生物地球化学模型,并将其应用于白垩纪海洋的循环模型,而不使用倾斜强迫。

“在我们的模型中,碳循环很大程度上受到生活在海洋表面的浮游生物的控制,”GEOMAR的Klaus Wallmann博士解释说,该研究的最新作者最近发表在Nature Geoscience上。浮游生物通过光合作用和微生物消耗大气中的二氧化碳,降解浮游生物生物量并将二氧化碳释放回大气中。由于二氧化碳是一种强效的温室气体,生物二氧化碳的周转会影响地表温度和全球气候。浮游生物的生长受到参与一系列微生物氧化和还原反应的营养物的控制。

“我们已将这种新的生物地球化学模型整合到白垩纪海洋的循环模型中,它创造了一个自我维持的40 kyr气候循环,而没有施加倾斜强迫,”GEOMAR的共同作者SaschaFlögel博士说。“从我们的角度来看,这个周期是由一系列积极和消极的反馈引起的,这些反馈的根源在于海洋中氮,磷,铁和硫的氧依赖性转换。在白垩纪海洋沉积的沉积物中记录的化学和同位素数据显示与模型结果一致的周期性变化,“Flögel继续说道

在这种关于气候变化的新观点中,因果关系与标准轨道理论完全不同。海洋生物圈而非日照通过控制大气中二氧化碳的分压来设定速度和幅度。“我们的新理论得到了观察的支持,并与我们对海洋中生物地球化学循环的理解相一致,”沃尔曼教授说。

“然而,当通过正反馈机制放大对日照的微妙影响时,倾斜和其他轨道参数也可能影响全球气候变化。因此,地质记录中记录的周期性气候变化可能反映了生物圈的呼吸和生物圈的响应。地球系统对外部轨道和日照强迫,“参与这项研究的基尔大学Wolfgang Kuhnt教授总结说。

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