多年来我们都知道，地球的气候就像一个巨大的鲁比·戈德堡机器:拉动一根杠杆，一系列重大事件就开始了。然而，推动这些变化的许多步骤仍笼罩在不确定性之中。
助理教授Malte Jansen说:“这个领域的一个关键问题仍然是，是什么导致地球周期性地进出冰河时代。”他在芝加哥大学的研究试图发现和理解构成全球气候的过程。“我们非常确信大气和海洋之间的碳平衡肯定已经改变了，但我们不太清楚是如何改变的，也不知道为什么会改变。”
在一项新的研究中，Jansen和前芝加哥大学博士后研究员Alice Marzocchi阐述了最初的气候变化是如何引发一系列事件从而导致冰河时代的。他们的模型显示，在更冷的气候下，南极海冰的增加可能会引发瀑布式的变化，导致全球气候进入冰河时期。
地球气候的责任(或责备)是由陆地、生命、大气和海洋共同承担的。元素在这四种元素之间以一种缓慢的舞蹈来回移动，使地球保持了数十亿年的宜居状态，但当元素在一个或多个地点聚集时，就会改变气候。
例如，我们现在正处在冰河时代的间歇期;在过去的250万年里，冰川周期性地覆盖地球，然后退缩。因此，科学家们一直在拼凑冰川作用过程的线索，以及它是如何被触发的。很可能是地球轨道的微小变化导致了一些降温。但詹森说，仅凭这一点是不够的。在气候系统中必然有大量的伴随变化来解释随之而来的冷却量。
“最合理的解释是，碳在大气和海洋之间的分配方式发生了一些变化，”詹森说。“关于这是如何发生的，有很多想法，但不太清楚它们是如何结合在一起的。模拟结果并不一致，也没有一个与科学家所能获得的地质证据完全一致。
基于Jansen几年前发表的一项研究，Jansen和Marzocchi充实了一个关于冰川转变如何发生的模型。
在他们的照片中，大气温度低到足以导致南极海冰开始形成。Jansen说:“南极洲周围的南大洋在海洋环流中起着关键作用，因为这是一个深水在再次消失于深渊之前浮出水面的区域。”“结果，南极海冰的增加造成了巨大的后果。”
冰的盖子改变了海洋环流，但它也在物理上阻止海洋与大气交换二氧化碳。这意味着越来越多的碳被吸入深海并停留在那里。大气中二氧化碳的减少会导致相反的温室效应，导致地球变冷。
“这表明这是一个反馈循环，”Marzocchi说，他现在是英国国家海洋学中心的一名研究科学家。“随着气温下降，释放到大气中的碳减少，从而引发更多的降温。”
这一解释与来自沉积物、珊瑚礁和冰川岩芯样本等来源的有关过去气候的证据相吻合。
Marzocchi说:“让我感到惊讶的是，这些增加的储存量中有多少是单独归因于物理变化，南极海冰覆盖是关键因素。”在考虑到生物生长的变化之前，仅物理效应就占了被认为已经发生的二氧化碳减少量的一半。
科学家们说，这些结果是朝着了解地球气候在长时间尺度上如何运作的方向迈出的又一步。
“从地质年代来看，海洋是最大的碳储藏库，”Marzocchi说。“因此，研究海洋在碳循环中的作用有助于我们更准确地模拟未来的环境变化。”
模拟是在芝加哥大学的研究计算中心进行的。
引文:“全球变冷与南极海冰变化导致的冰川碳储存增加有关。Marzocchi和Jansen，《自然地球科学》，2019年10月14日。https://www.nature.com/articles/s41561-019-0466-8
资助:国家科学基金会、自然环境研究委员会