2006年阿留申群岛克利夫兰火山爆发。长期由风化下沉保持平衡的碳循环中，火山活动是二氧化碳的主要来源之一。其中风化下沉代表了Komar和Zeebe模型中重要的过程。 （图片来源：Jeff Williams/美国宇航局）
预测未来的气候变化需要清楚详尽地了解地球过去的气候。发表于《科学进展》（Science Advances）杂志上的一项研究中，夏威夷大学马诺阿分校(University of Hawai'i at Mānoa)的海洋学家彻底调和了过去5000万年的气候和碳循环趋势，解决了一个在科学文献中争论多年的问题。
纵观地球历史，全球气候和全球碳循环经历了重大变化，其中不乏一些挑战了当前对碳循环动力学的理解。
大气中二氧化碳减少使地球变冷，在较长时间尺度上减少陆地岩石和矿物的风化。风化作用较少，会导致方解石补偿深度（calcite compensation depth, CCD）较浅。方解石补偿深度即海洋中碳酸盐物质沉降速率等于溶解速率时的深度（也被称为“雪线”），地质历史时期的方解石补偿深度可以通过检查海底沉积物岩心的碳酸钙含量来追踪。
同在美国国家海洋与地球科学技术学院（SOEST）工作的夏威夷大学马诺阿分校海洋学研究生Nemanja Komar和教授Richard Zeebe，应用了迄今为止最全面的海洋碳酸盐化学和方解石补偿深度计算机模型，使之成为第一项将新生代（过去6600万年）碳循环的所有重要部分定量联结的研究。
与预期相反，深海碳酸盐记录表明，过去5000万年里大气二氧化碳的减少，全球CCD反而加深而非变浅，这造成了碳循环难题。
在沉积物岩心中发现的4500万年前的深海骨骼化石，为科学家提供了确定岩心日期和确定过去的海洋化学成分、温度等数据的手段。 （图片来源：Stanley A. Kling/斯克里普斯海洋研究所（Scripps Institution of Oceanography））
“古CCD随时间变化的位置传递了过去综合碳循环动力学的信号。”该研究的主要作者Komar说，“因此，追踪整个新生代的CCD变化并识别其波动机制，对于反推过去大气二氧化碳、风化和深海碳酸盐埋藏的变化非常重要。在新生代，由于二氧化碳减少和温度下降，CCD应该变浅，但记录显示，实际上它加深了。”
Komar和Zeebe的计算机模型使他们能对潜在的机制展开研究观察，这些机制可能是长期趋势产生的原因。他们还提出一种可协调所有观察结果的理论。
“令人惊讶的是，我们发现CCD响应与硅酸盐和碳酸盐风化速率的变化无关，这挑战了长久以来的抬升假说，该假说认为，CCD响应因喜马拉雅山形成导致风化速率增加，这与我们的发现相反。”Komar说。
格陵兰岛的冰山。 （图片来源：pixabay）
他们的研究表明，地球冷却和大陆冰原的形成，导致海平面下降，埋在开阔海洋中的碳酸盐相较于大陆架中的比例越来越大。断层形成的部分原因便在于此。此外，这一时期的海洋条件导致远洋产碳酸盐生物大量繁殖。
“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，这对于预测未来气候变化和碳循环至关重要。”Komar说。
目前，研究人员正致力于新技术研究，限制过去6600万年气候和碳循环变化的时序。
翻译：荣济妍
审校：赵欢
引进来源：夏威夷大学马诺阿分校
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