结果表明,在MIS 4-5过渡期,深层海水[CO32-]降低了~25
mol/kg,表明在一万年时间内大西洋深部海水形成了一个巨大的碳库,其碳储量增加了至少~50
Gt,其量级与同期大气丢失的~60
Gt碳基本相当。结合模拟结果,该研究进一步发现这些增加的碳与大西洋经向反转环流变浅作用密切相关。该研究对于我们理解冰期-间冰期尺度碳循环机制及其对气候变化的影响具有重要意义,也有助于深入认识全球变暖情形下大气和海洋之间复杂的相互作用。

相对于全新世,北大西洋在末次冰盛期更有效的碳吸收机制示意图

深海氧同位素阶段4和5过渡期海洋-大气碳收支(Yu et al., 2016, Nature
Geoscience)。当气候进入冰期,埋藏在深海的碳降低了海水的pH值,也导致海底碳酸盐是溶解。有孔虫等微壳体的B/Ca比值可用来定量估算深海碳埋藏通量。

本周《自然通讯》发表了一项有关全球碳收支的研究成果。研究表明,末次冰盛期北大西洋碳吸收显著增强,其对大气二氧化碳的降低起到了关键作用。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(包括营养盐、碳酸根、温度和盐度)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。

大气CO2含量在最近150年内,从~300 ppm增加到~400
ppm。这些增加的大气CO2是否为全球变暖的元凶,还存在着诸多争论。过去海-陆-气之间的碳收支是认识大气CO2在气候变化中所起作用的一把钥匙。约7万年前,即深海氧同位素阶段4和5的过渡期,是地球气候进入冰期的一个重要转折。在约一万年的过渡期间,海平面下降了60多米,大气CO2降低了约30
ppm,相当于有~60 Gt(1Gt =
1*109吨)从大气中丢失了。那么,该过渡期大气中的碳到底去了哪里,至今仍旧是一个谜。

于际民博士领导的国际研究团队通过多个沉积岩芯地球化学指标的重建(包括有孔虫化石的硼同位素、B/Ca比值、Cd/Ca比值等),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50
ppm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2016年2月8日以Article的形式在线发表在Nature Geoscience上(Yu
J M, Menviel L, Jin Z D, Thornalley D J R, Barker S, Marino G, Rohling E
J, Cai Y J, Zhang F, Wang X, Dai Y, Chen P, Broecker W S. Sequestration
of carbon in the deep Atlantic during the last glaciation. Nature
Geoscience, 2016, doi: 10.1038/ngeo2657)。

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》(Nature
Communications)上。第一/通讯作者为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,我室金章东研究员和张飞博士为共同作者,研究团队来自澳大利亚、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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