海洋是地球上最重要的大气二氧化碳储存库，其时间跨度从几十年到几千年不等。但一个国际研究小组报告称，由于南大洋的活动减弱了温室气体的锁定过程，因此南大洋活动的增加可以解释过去1.1万年神秘的温暖。
普林斯顿大学(Princeton)杜森伯里地质和地球物理科学教授丹尼尔西格曼(Daniel Sigman)说，全球二氧化碳水平的逐渐上升稳定了那个时期的气温，因此了解上升的原因很有意义。
科学家们对二氧化碳的增加提出了各种假设，但其最终原因仍不清楚。现在，由普林斯顿大学和马克斯普朗克化学研究所的科学家领导的一项国际合作指出，南大洋上升流正在增加。他们的研究发表在最新一期的《自然地球科学》杂志上。
“我们认为我们可能已经找到了答案，”西格曼说。“南大洋环流的增加使得二氧化碳泄漏到大气中，使地球变暖。”
“丹尼给一个长期存在的问题带来了一个全新的视角，”哥伦比亚大学(Columbia University)纽贝里分校(Newberry)地质学教授华莱士布罗克(Wallace Broecker)说。“由于南大洋在海洋和大气之间的二氧化碳转移中扮演着一个节流阀的角色，我们应该感谢丹尼，因为我们现在知道，节流阀在一个被视为平静的时期发挥了作用。”
他们关于海洋变化的发现也可能对预测全球变暖将如何影响海洋环流以及由于化石燃料燃烧将增加多少大气二氧化碳产生影响产生影响。
丹尼尔·西格曼
多年来，研究人员已经知道浮游植物的生长和下沉将二氧化碳泵入海洋深处，这个过程通常被称为“生物泵”。西格曼说:“生物泵主要是由低纬度海洋驱动的，但在靠近极地的地方，由于深海迅速暴露在水面上，二氧化碳被排放回大气中。”最糟糕的是环绕南极洲的南大洋。西格曼说:“我们经常把南大洋称为生物泵的泄漏。
西格曼和他的同事们发现，南大洋上升流的增加可能是稳定全新世气候的原因。全新世是工业革命之前的一万多年。
大多数科学家认为全新世的温暖对人类文明的发展至关重要。全新世是一个“间冰期”，是在过去100万年的冰期周期中罕见的温暖气候间隔之一。冰川的退缩为人类开辟了更广阔的景观，大气中二氧化碳浓度的升高促进了农业的生产，这使得人们减少了狩猎活动，建立了永久性的定居点。
研究人员说，全新世与其他间冰期在几个关键方面有所不同。首先，它的气候异常稳定，没有其他间冰期特有的主要降温趋势。其次，大气中二氧化碳的浓度从全新世早期的260ppm上升到全新世晚期的280ppm，约为20ppm (ppm)，而在其他间冰期，二氧化碳的浓度通常是稳定的或下降的。
相比之下，自工业化开始至今，由于燃烧化石燃料，大气中的二氧化碳浓度已从280 ppm增加到400ppm以上。
西格曼说:“在这种背景下，在全新世期间观测到的20ppm的增加可能看起来很小。”“然而，科学家们认为，这一微小但显著的上升在阻止全新世逐渐变冷方面发挥了关键作用，这可能促进了复杂人类文明的发展。”
为了研究全新世二氧化碳上升的潜在原因，研究人员调查了来自南大洋几个不同地区的三种化石:硅藻和有孔虫，它们都是海洋中发现的有壳微生物，以及深海珊瑚。
根据这些化石矿物壁中所含微量有机物的氮同位素比值，科学家们得以重建过去1万年来南大洋地表水中营养物质浓度的演化过程。
“我们用来分析化石的方法是独一无二的，它为研究过去海洋环境的变化提供了一种新方法，”该研究的第一作者安贾·斯图德(Anja Studer)说。
结合化石的氮同位素测量表明，在全新世，大量富含营养物质和二氧化碳的水从深海涌向南大洋表面。虽然上升的原因还不清楚，但最有可能的过程似乎是“咆哮的40度”的变化，这是一个环绕南极洲的向东吹的风带。
由于南大洋上升流的增强，生物泵在全新世期间减弱，使得更多的二氧化碳从深海泄漏到大气中，从而可能解释了大气二氧化碳浓度上升20ppm的原因。
西格曼说:“这个过程使得一些深埋在地下的二氧化碳重新进入大气层。“我们实际上是在生物泵的膜上打洞。”
全新世大气中二氧化碳含量的增加，抵消了以前大多数间冰期逐渐变冷的趋势。因此，新的研究结果表明，海洋可能对全新世气候的“特殊稳定性”负有责任。
今天，同样的过程也在起作用:海洋对碳的吸收正在减缓化石燃料燃烧产生的大气二氧化碳的上升速度，而南大洋的上涌仍然允许部分二氧化碳重新排放到大气中。
西格曼说:“如果全新世的发现可以用来预测未来南大洋上升流的变化，这将提高我们预测大气二氧化碳变化以及全球气候变化的能力。”
“增加营养供应南大洋在工业化前的全新世及其影响大气中的二氧化碳崛起”,安雅、丹尼尔·西格曼,阿尔弗雷多Martinez-Garcia,莉娜桨架,伊丽莎白发牢骚,塞缪尔·Jaccard Jorg Lippold Alain Mazaud兴晨,劳拉·罗宾逊,杰斯Adkins,杰拉尔德Haug 7月30日发表在《自然地球科学》,2018年,DOI: 10.1038 / s41561 – 018 – 0191 – 8。这项研究由美国国家科学基金会(1401489和1234664)资助;瑞士国家科学基金会(PBEZP2_145695, PZ00P2_142424, PP00P2-144811和PP00P2_172915);德国商报(Li1815/4);瑞典研究委员会(VR-349-2012-6278);自然环境研究委员会(NE/N003861/1);法国国家地球科学和天文学研究所;埃克森美孚通过普林斯顿大学安德林格能源与环境中心;以及普林斯顿大学的大挑战项目。