始新世全球气候变化受大气CO2浓度变化的控制

2016-6-3 14:32 来源: 全球变化研究信息中心

2016年4月25日,Nature杂志发表题为《不断变化的大气CO2浓度是新生代早期气候的主要驱动因素》(Changing Atmospheric CO2 Concentration Was the Primary Driver of Early Cenozoic Climate)的文章,通过分析古海洋沉积物中有孔虫的化学成分来重建古CO2含量,发现始新世大气中CO2浓度是全球气候变化的主要驱动力,CO2浓度的升高是早始新世极端温暖气候的主要原因,随后的气候变冷导致CO2浓度下降,最终形成了现今的极地冰层。

早始新世(约5100~5300万年前)气候最适宜事件(EECO)是过去6500万年里最热的一段时期,年平均气温比工业化前高10 ℃,比现在约高14 ℃。随后到中—晚始新世,全球变冷,特别是高纬度地区,最终到早渐新世(约3360万年前)在南极洲形成了大陆冰盖。目前预测始新世时大气CO2浓度为500~3000 ppm,但由于缺少相关研究数据,该时期的CO2与气候间的相互作用仍不明了。以英国南安普敦大学(University of Southampton)的研究人员为首的研究团队,采用最新的地球化学分析方法,利用从坦桑尼亚钻探项目获取的保存完好的浮游有孔虫贝壳中的硼同位素(δ11B)来表征pH值,用以校正先前的预测值,判断大气中的CO2含量。

尽管有孔虫种属的不确定性使得CO2含量的绝对值难以确定,但推算结果表明EECO期间大气CO2的浓度约为1400 ppm。早始新世至晚始新世,CO2含量大约减少1/2。对于给定的气候强迫,在始新世时期对海面温度变化的纬度依赖性与第四纪晚期类似,那么CO2含量的降低足以驱动始新世发生由高纬到低纬的气候变冷。一旦去除工业化前到始新世期间由慢反馈作用(不包括碳循环)引起的全球温度变化,相对于工业化前CO2每增加1倍,温度升高2.1~4.6 ℃(66%的置信度),EECO与始新世晚期均显示出气候平衡敏感性,类似于规范区间(1.5~4.5 ℃),说明早始新世的大部分温室效应是由CO2含量的增加所引起,此期间的气候敏感性相对稳定。

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