解决长期争论的科学争议：过去五千万年的气候和碳循环趋势一致

2006年，阿留申群岛克利夫兰火山喷发。火山作用是长期碳循环中主要的二氧化碳源之一，其受风化沉陷的影响，其中包括代表着科马尔和Zeebe模型中的重要过程。

对未来气候变化的预测需要对地球过去的气候有清晰而细微的了解。在今天（2021年1月22日）在科学进展中发表的一项研究中，夏威夷大学（UH）的马诺阿海洋学家充分协调了过去5000万年的气候和碳循环趋势，解决了数十年来科学文献中辩论的争议。

在整个地球历史上，全球气候和全球碳循环经历了重大变化，其中一些挑战了当前对碳循环动力学的理解。

大气中较少的二氧化碳可以长时间冷却地球，并减少陆地上岩石和矿物的风化作用。较少的风化应导致方解石补偿深度（CCD）变浅，即在海洋中碳酸盐物质下雨的速率等于碳酸盐溶解速率的深度（也称为“雪线”）。CCD的深度可以通过检查海底沉积物岩心的碳酸钙含量来追溯过去的地质情况。

UHMānoa海洋与地球科学技术学院（SOEST）的前海洋学研究生Nemanja Komar和Richard Zeebe教授应用了迄今为止最全面的海洋碳酸盐化学和CCD计算机模型，这是该研究的第一项研究将整个新生代（过去6600万年）的碳循环的所有重要部分定量地联系在一起。

4500万年前在沉积岩心中发现的深海化石骨架为科学家们提供了更新岩心以及推断过去海洋化学，温度等信息的手段。

与预期相反，深海碳酸盐记录表明，在过去的5,000万年中，随着大气中二氧化碳（CO2）的减少，全球CCD不断加深（而不是被暗挖），从而造成了碳循环难题。

该研究的主要作者Komar说：“古CCD随时间变化的位置传递了过去碳循环动力学的综合信号。”因此，追踪CCD跨越新生代的演化并找出造成其波动的机制，对于消除过去的大气CO2，气候和深海碳酸盐岩埋藏变化的反演至关重要。随着二氧化碳和温度在新生代下降，CCD本来应该是暗沙，但记录表明它实际上已经加深了。

Komar和Zeebe的计算机模型使他们能够研究造成观察到的长期趋势的可能机制，并提供一种协调所有观察结果的机制。

“令人惊讶的是，我们表明CCD响应与硅酸盐和碳酸盐风化速率的变化是脱钩的，挑战了长期存在的隆升假说，该假说将CCD响应归因于喜马拉雅山脉形成导致的风化速率增加，这与我们的发现。”

他们的研究表明，断层发展的部分原因是由于随着地球冷却和大陆冰盖形成而导致海平面下降，相对于大陆架而言，埋在开放海洋中的碳酸盐所占比例增加。此外，在此期间，海洋条件引起了生产开放式碳酸盐的生物的扩散。

Komar说：“我们的工作为地球系统的基本过程和反馈提供了新的见解，这对于通知未来气候和碳循环变化的预测至关重要。”

研究人员目前正在研究新技术，以限制过去6600万年来气候和碳循环变化的时间顺序。

参考：Nemanja Komar和Richard E. Zeebe在2021年1月22日发表的科学进步中调
和了整个新生代的大气CO2，风化作用和方解石补偿深度。10.1126 / sciadv.abd4876