该研究船在弗里曼特尔（澳大利亚）航行于Expedition 356的前一天上午在JOIDES Resolution号上航行。结果是根据作为国际海洋发现计划IODP的一部分从该钻井船上采集的样本得出的。
不来梅气候科学家揭示了过去3500万年来气候与全球碳循环之间不断变化的反馈机制。
当前的气候危机强调，碳循环扰动会导致重大的气候变化。最新研究表明，在自然环境下，过去3500万年的地质历史中，碳循环与全球气候如何相互作用。由不来梅大学海洋环境科学中心MARUM的David De Vleeschouwer领导的这项研究现已在《自然通讯》上发表。
长期以来，人造全球供暖一直被认为是一条相对简单的因果关系链：人类通过燃烧化石燃料破坏碳循环，从而增加了大气中二氧化碳的浓度，进而导致全球温度升高。“但是，越来越清楚的是，这还不是故事的结局。森林火灾在世界范围内变得越来越普遍，向大气中释放了更多的二氧化碳，并进一步加剧了全球变暖，这首先增加了森林火灾的风险。不莱梅大学海洋环境科学中心MARUM的博士后研究员David De Vleeschouwer强调说，这是气候科学家称之为正反馈机制的教科书示例。
为了揭示自然条件下的这类气候-碳循环反馈机制，David De Vleeschouwer及其同事利用了深海沉积物核心的同位素数据。“其中一些岩心含有长达3500万年的沉积物。尽管年代久远，这些沉积物仍带有所谓的米兰科维奇循环的明显烙印。Milanković周期与地球轨道形状的节奏变化（偏心率）以及地球旋转轴的倾斜度（倾斜度）和方向（进动）有关。就像天文钟表一样，Milanković循环会改变地球上日照的分布，从而引发剧烈的气候变化。” David De Vleeschouwer解释说。“我们研究了沉积物中微化石的碳和氧同位素组成，并首先使用了偏心率，倾角和旋进节奏作为地质计时器。然后，我们应用了一种统计方法来确定一种同位素系统的变化是导致另一种同位素的超前还是滞后变化。”
他的同事马克西米利安·瓦伦坎普（Maximilian Vahlenkamp）补充说：“当两个同位素系统中的共同模式在碳系统中比氧同位素系统早一点出现时，我们称其为碳同位素铅。然后我们推断出碳循环在沉积物沉积时对气候系统起了控制作用。”古气候学家和古海洋学家经常使用碳同位素作为碳循环扰动的指标，而氧同位素作为全球气候状态变化的替代指标。这些深海微化石的同位素组成的变化可能表明，例如陆地植物和土壤在大陆的碳储量增加，或冰盖增加导致全球变冷。
“对碳循环和气候之间的超前和滞后进行系统且时间连续的分析构成了这项研究的创新特征。我们的方法可以对过去3500万年中的地球历史进行高分辨率排序。” HeikoPälike教授说。“我们表明，过去的3500万年可以分为三个间隔，每个间隔都有其特定的气候-碳循环方式。”平均而言，作者发现氧同位素导致了碳同位素的变化。这意味着，在自然条件下，气候变化在很大程度上调节着全球碳循环的动态。但是，研究团队专注于相反的情况。实际上，De Vleeschouwer及其同事发现了一些古代时期的例子，在此期间，碳循环以大约100,000年的时间尺度推动了气候变化，就像现在在更短的时间尺度上一样-“但是，当然，无需人工干预，” Pälike州。
在35至2600万年前的最古老的时间间隔中，碳循环主要在气候稳定时期主导了气候变化。地质记录中的气候稳定时期通常是天文原因。当地球绕太阳的轨道接近一个完美的圆时，季节性日晒极端现象将被截断，并且将实施更加平等的气候。 David De Vleeschouwer解释说。“在35至2600万年前，这样的天文构造对于南极冰盖的暂时扩张是有利的。我们认为，在这种情况下，冰川侵蚀的强度和随后的岩石风化作用会增加。这很重要，因为硅酸盐岩石的风化将大气中的CO2去除，从而最终控制了温室效应。”
但是大约在2600万年前，操作方式发生了根本性的变化。碳循环在气候波动而不是稳定时控制了气候。“我们相信这种变化可以追溯到喜马拉雅山脉的隆升和以季风为主的气候状态。当季节性日晒极端现象通过偏心的地球轨道放大时，季风就会变得真正强烈。较强的季风可以使化学物质经受更多的风化，从大气中清除二氧化碳，从而对气候进行碳循环控制。”
作者提出的机制不仅解释了碳和氧同位素的观测模式，而且还为气候系统和碳循环如何随时间相互作用提供了新思路。“某些假设需要使用数值气候和碳循环模型进行进一步测试，但是这项工作中提出的过程级理解非常重要，因为它可以让我们瞥见在与当今根本不同的边界条件下我们星球的机械。” Vleeschouwer。此外，这项工作还提供了可用于评估将气候-碳循环模型推向地质过去的极端情景时的能力的情景。
参考：David De Vleeschouwer，Anna Joy Drury，Maximilian Vahlenkamp，Fiona Rochholz，Diederik Liebrand和HeikoPälike的“高纬度生物群落和岩石风化作用介导了偏心时间尺度上的气候-碳循环反馈”，自然通讯，2020年。DOI：
10.1038 / s41467-020-18733-w
