西安科技工作者在揭示地球大气CO2含量变化之谜上取得突破 可协助预测未来气候变化

■记者张潇

5月16日，记者从中科院地球环境研究所获悉，5月15日，《自然通讯》发表了该所黄土与第四纪地质国家重点实验室客座研究员于际民博士，以及该所金章东研究员和张飞博士为共同作者的一项有关全球碳收支的研究成果，发现冰期北大西洋碳吸收增强及其对大气CO2（二氧化碳）降低的关键作用，可以协助我们更好的预测未来气候变化。

为研究CO2变化机制提供新手段

在地球的漫长演化历史上，冰期与间冰期交替发生。新的研究表明，末次盛冰期约两万年前，也就是距我们最近的极寒冷时期，北大西洋碳吸收显著增强，其对大气二氧化碳（CO2）的降低起到了关键作用。

原来，揭示地球大气CO2含量的变化历史及其导致这些变化的机制一直以来是古气候学研究的热点，因为从中获得的碳循环和气候变化机制可以协助我们更好的预测未来气候变化。从南极采集的标本——冰芯记录显示，在两万年前的末次盛冰期，大气CO2的浓度比温暖的全新世（1万年前至公元1850年）低。那么，冰期的大气CO2到哪里去了呢？又是受哪些机制控制呢？过去几十年来，这些全球性问题吸引了古海洋、古气候学界的广泛关注。

据介绍，该研究发现，冰期大气CO2的降低不仅受南大洋碳排放减少的影响，也和北大西洋碳吸收的增加密切相关。这一结论是基于海洋沉积物中多指标重建而得出的。更重要的是，该研究首次有效地“分离”出了与海洋-大气CO2交换通量的信号，这为研究过去大气CO2的变化机制提供了新手段。

首次估算海洋-大气之间交换CO2的变化幅度

原来，大量数据显示，海洋是地球系统中最大的碳库，海洋碳库是大气的50倍，陆地生态系统的20倍，大洋碳储库变化对大气CO2有非常重要的影响。现在普遍接受的观点是，大气CO2的变化主要受控于南大洋CO2释放强度的变化。不过，与其它系统一样，大气CO2浓度的变化既受“碳源”（如南大洋）的控制，也会受到“碳汇”，也就是吸收大气中的二氧化碳，并将其固定（如北大西洋）的控制，大气CO2浓度是两者相对变化共同影响的结果。虽然科学家对南大洋碳储库已有很多研究，但是我们对北大西洋这个碳汇的变化历史却知之甚少，这妨碍了我们对大气CO2系统的全面认识。在一定程度上，这是由于对北大西洋碳循环研究手段的匮乏所致。

那么，如何获取沉积岩芯呢？沉积岩芯的获取设备很多，基本的取样器原理很简单：利用自身重力沉入水下，收集器是一个下面开口的塑料管，装置提升时开口自动关闭，取样越深，需要的工具越来越复杂，需要搭建水面平台。于际民开发了一个估计海洋-大气CO2交换通量的新方法，国际上首次估算了北大西洋海洋-大气之间交换CO2的变化幅度。与其它指标方法比较，该方法的一个优点是：所得的海洋-大气CO2交换通量可与大气CO2变化更直接的联系起来。结果表明，与全新世相比，在末次盛冰期北大西洋吸收CO2的效率高了两倍。

计算表明，冰期北大西洋的高效碳吸收导致大洋深海碳存储提升约100千兆吨，相当于约50ppm大气CO2的降低。这些数据说明，北大西洋的碳吸收对冰期大气CO2的降低起到了很大的作用。北大西洋更大的经向海表水温差、更高的营养物质利用率可能导致了该海区冰期碳吸收效率增高的主要原因。同时，该论文所开发的研究方法为估算南大洋海洋-大气CO2变化历史，以至更全面地认识南大洋-北大西洋在大气CO2变化中的相对重要性提供了新的视角和途径。

该研究成果于2019年5月15日在线发表在国际学术期刊《自然通讯》（NatureCommunications）上。研究团队由来自澳大利亚、美国、英国和中国的14人组成。此项工作得到黄土与第四纪地质国家重点实验室和中国科学院对外合作重点项目等的支持。

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