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冰冷的景观,包装冰,婚礼海,南极洲。
冰冷的景观,包装冰,婚礼海,南极洲。 信用:ImageBROKER/Alamy股票照片
2020年7月2日16:00

解释:二氧化碳水平的升降是如何影响冰河时代的

泽克·豪斯父亲

2020年7月2日下午4:00
解释:二氧化碳水平的升降是如何影响冰河时代的

在过去的11000年里,地球的气候一直相当稳定重要角色在人类文明的发展中。

在此之前,地球经历了持续数万年的冰河时代。在过去的一百万年里,地球的特点是一系列的冰川期被相对较短的升温期所打破。

这些冰川期是由地球轨道的缓慢变化触发和结束的。但大气中二氧化碳浓度的变化也在推动冰期开始时的降温和冰期结束时的变暖方面发挥着关键作用。

在上一个冰河时期,全球平均气温比现在低4摄氏度左右。如果排放量继续增加,本世纪全球变暖的程度将超过2万年前上一个冰河世纪中期到现在的程度。

在这本解释书中,《碳简报》探讨了上一个金宝搏bet188冰河期如何为二氧化碳作为地球气候“控制旋钮”的作用提供了强有力的证据。它还起到了警示作用,告诉人们气候是如何从相对较小的外部“作用力”中经历巨大变化的。

米兰科维奇旋回

地球经历了在过去的百万年中,大的大陆冰原覆盖了北半球的大部分地区。这些冰期与全球气温的大幅下降有关——比今天的水平低4摄氏度或更多——陆地和高纬度地区的变化要大得多。

这些冰川期被“间冰期”所打断,在间冰期温度上升到目前的水平。最近的一次冰川期发生在12万到11500年前,而现在的间冰期是全新世–预计将持续更长时间几万年(和人类活动可能会无意中耽搁下一个冰河时代的开始)。

冰河时代的周期主要是由地球轨道的周期性变化所驱动的。三个不同的轨道循环米兰科维奇旋回以其发现者塞尔维亚科学家的名字命名Milutin米兰柯维奇博士-相互作用来改变入射太阳能的分布,从而极大地影响地球气候。金博宝188备用地址

三个米兰科夫循环的例证从彗星节目的在大学的大气研究中心。
三个Milankovich循环的图解彗星的程序在大学大气研究中心工作

这些包括:

  • 岁差——地球自转轴方向的一个26,000年的变化,它影响了在高纬度地区接收到多少夏季太阳(以及多少到达北方和南方)。
  • 倾斜 - 在地球轴的倾斜度相对于太阳倾斜的41,000岁的变化,改变了两年期间在杆子与赤道的一年内收到了多少太阳。
  • 地球绕太阳轨道的形状在10万到40万之间的变化,改变了季节的长度,影响了岁差的重要性。

这三个旋回在不同时期以不同的方式重叠,这意味着冰河期的持续时间并不总是相同的。这些周期都没有实质性地改变从太阳到达地球的总能量;相反,它们的主要作用是改变太阳能量在地球表面的分布。金博宝188备用地址

当这些循环导致北部纬度夏天越来越少,它允许冰盖开始扩张。这些冰盖反过来反射更多的阳光返回空间,导致驱动额外区域冷却的“正反馈”。

北纬比南纬更重要——至少在过去的几百万年里是这样——因为北纬包含更多的陆地面积(比海洋更容易被冰覆盖),而且南极一直被冰覆盖着。

温室气体

地球表面太阳能量分布的这些变化不足以解释冰河时期气候的巨大变化,尤其是高纬度地区以外金博宝188备用地址的气候变化。

大气温室气体浓度的变化——尤其是二氧化碳——在冰期寒冷条件的发展和间冰期温暖条件的发展中发挥了很大的作用。在这种情况下,二氧化碳不是冰河时代的直接原因;相反,它作为一种反馈,放大由轨道变化引起的变化。

在冰川时期的温度和CO2浓度之间存在众所周知的相关性。下图显示了温度(红线) - 重建海德拉巴rogen同位素分析——大气CO2浓度(蓝线))在过去的80万年中,来自南极冰的气泡。

(这些古老的气泡可通过钻孔进入冰核通过冰盖和冰川。冰核只是“代理数据”的一个例子,其中来自遥远过去的气候信息从间接证据收集,这些证据被锁定在地球上的各种形式。)

南极利用Uemura等人2018年的同位素模型和Bereiter等人2014年的南极复合冰芯大气CO2数据(蓝线)重建了Dome Fuji南极站的气温(红线)。数据范围从公元前23000年到公元前8500年。
南极重建气温(红线)在南极圆顶富士站使用同位素模型Uemura等(2018)南极冰芯大气CO2复合数据(蓝线)贝瑞特等(2014). 数据跨度从公元前800000年到1980年。碳纤维简图金宝搏bet188Highcharts

二氧化碳浓度很好地代表了全球平均值,因为二氧化碳是混合重要的是要注意,这里显示的温度重建仅代表南极洲。有强有力的证据从世界各地的气候指标来看在最后一个冰河时期全球气温下降的幅度要小得多大约一半——如南极的温度。

轨道循环的变化不会立即导致升高或落入大气二氧化碳。相反,高纬度区域的冰盖上的初始增加触发导致大气二氧化碳的反馈落在冰龄的开始时。

这有很多种方式。随着冰盖的增长,海平面发生了巨大的变化,与今天的水平面相比下降了120米左右,暴露了目前水下的大片土地,使生长中的植被吸收了更多的二氧化碳。

较冷的海水溶解更多的二氧化碳从大气中吸收更多的气体,尽管这是有些抵消这是由于更高的盐度对海洋二氧化碳吸收的影响——因为雪中的淡水会冻结成冰原。

此外,冰河时代的冰川将岩石磨碎成尘埃,为海洋生物提供养分,随着植物被吃掉并沉入海洋,有助于增加深海中的碳含量。

词汇表
反照率:这是一种测量太阳能量有多少被表面反射的方法。它源自拉丁语单词albus,意思是白色。反金博宝188备用地址照率是用百分比来衡量的…阅读更多

扩展的海冰也占地的海洋地区,其中提升有助于将深海二氧化碳带回表面,限制可以从海洋释放回大气中的二氧化碳。由风、蒸发和盐度驱动的海洋环流的变化也在与冰期开始相关的二氧化碳减少中发挥作用。

最后,海平面下降还会影响珊瑚礁和其他海洋生态系统的生长,从而影响海洋中储存的二氧化碳量。

作为理查德教授巷,地质教授188bet博彩公司怎么样宾州州立大学,讲碳简介:金宝搏bet188

轨道特征对到达地球的总阳光的影响几乎为零;阳光只是在不同地区和季节之间移动。但是,整个世界变冷进入冰河时代,整个世界变暖结束冰河时代,尽管一半的世界得到的阳光更少而另一半得到的阳光更多。到目前为止,对这一现象的所有解释都需要二氧化碳的影响,而二氧化碳完美地解释了这一现象。

一个最近的研究通过丹尼尔博士Baggenstos瑞士伯尔尼大学同事们研究了从最后一次冰河期到当前间冰期过渡期间不同因素的相对贡献。他们发现,反照率——随着冰盖的收缩而改变表面的反射率——是造成约一半气候变暖的最大因素,而改变二氧化碳浓度和其他温室气体则是造成37%气候变暖的主要原因,而反射性灰尘和其他温室气体的数量减少了气溶胶大气中剩下的13%

落后和领先

网上有很多关于二氧化碳在冰河时代的作用的讨论相关论点由那些对气候变化持怀疑态度的人提出的——它关注的是一个事实,即在冰河时代末期的“去冰期”期间,二氧化碳的排放滞后于温度。

然而,在某些方面,这正是我们所期望的;在上一个冰河世纪末,没有人类燃烧化石燃料,因此二氧化碳更像是一种燃料反馈轨道的变化而不是气候迫使就是今天。

正如Alley告诉《碳简报》的金宝搏bet188:

“轨道无法直接改变二氧化碳 - 北方夏季的速度更多,融化了冰,但不会立即导致二氧化碳改变。因此,二氧化碳必须是反馈意见。因为阳光的数量 - 以及冰量 - 具有直接和立即对温度的影响,在地球上应该有任何地方,其中CO2滞后的任何变化而不是引领轨道原因和温度变化。

这应该不会影响任何人。这种情况经常发生,但不应该发生。我有时用的比喻是,如果我透支信用卡并负债,利息将会使我的债务更大。利息滞后于债务——首先我负债,然后我支付利息,然后我进一步负债。几乎每个人都明白,这是一个明智的,即使不愉快的情况。当轨道影响冰和温度时,这就会改变其他东西,进而影响二氧化碳,而二氧化碳又反过来影响温度——如果了解了整个故事,这也是很合理的。”

尽管如此,近年来,随着对南极冰芯过去温度和二氧化碳水平的更好重建,对冰期结束时二氧化碳和温度之间相互关系的理解有所进展。

虽然科学家们过去认为,在冰川消退期间,二氧化碳使温度滞后了600到1000年,但最近的一些研究表明,这种滞后确实存在相当小甚至小到无法察觉.这很有挑战性精确匹配CO2从冰芯记录和温度记录,因为冰盖上的新降雪之间存在延迟(捕获气泡),然后慢慢压缩成冰。

下图显示的是最后一个冰河时代末期(公元前23000年到公元前8500年)的南极气温(红线)和最近的替代重建(蓝线)。虽然有些时期可能会经历几百年的滞后,但两者之间的关系似乎比先前的重建所暗示的要紧密得多,而且不确定性更大。

标题
南极重建气温(红线)在南极圆顶富士站使用同位素建模Uemura等人2018年南极冰芯大气CO2复合数据(蓝线)Bereiter等人,2014年.数据范围从公元前23000年到公元前8500年。图表由Carbon金宝搏bet188 Brief使用Highcharts

此外,仅看南极洲的温度数据也会掩盖更微妙的全球情况。

一个2013纸通过Jeremy Shakun博士波士顿学院同事们研究了上一个冰河世纪末全世界80个气候代理记录的网络。他们发现,虽然二氧化碳普遍滞后于南半球的温度——这与南极的重建是一致的——但世界其他地区的情况并非如此。

北半球和全球整体温度实际上都滞后于二氧化碳;换句话说,对于整个世界来说,变暖发生在大气中二氧化碳浓度增加之后。原因是是复杂的部分原因是由于冰河时代结束时洋流的变化。

下图显示了Shakun等人2013年关于世界不同地区的论文的结果,以及他们对上一个冰河期结束期间不同气候代理位置和时间段的估计的不确定性。橙色值表示南半球,蓝色值表示北半球,灰色值表示全球温度估计值。y轴上的计数表示1000次模拟中有多少次显示了该大小的滞后。1000次模拟检查了结果对CO2年龄和代理温度估计不确定性的敏感性。

全球(灰色)、北半球(NH;蓝色)和南半球(SH;红色)代理堆栈从现在的2万年到1万年。
全球(灰色)、北半球(NH;蓝色)和南半球(SH;红色)目前之前20000年至10000年期间的代理堆栈。图2bShakun等人2013

具体来说,沙昆和他的同事认为,轨道周期的变化触发了北半球冰盖的最初融化。随着冰盖融化,大量淡水涌入海洋,破坏了海洋环境大西洋经向翻转环流(amoc),反过来,它又冷却了北半球并加热了南半球。

南半球变暖导致海洋释放二氧化碳,进而使整个地球变暖。Shakun等人认为,上一个冰河世纪末的绝大多数全球变暖发生在二氧化碳增加之后,尽管这种变暖是由反照率(反射率)变化和温室效应共同驱动的。

我们能从冰川循环中学到什么

过去冰河期的世界与今天大不相同。人们并不一定认为,由于人类排放现在推动了气候变化,所有相同的力量都在发挥作用。

例如,南大洋大规模海冰覆盖的缺失意味着,在目前的气候条件下,预计气温上升不会推动海洋二氧化碳的释放——尽管海洋二氧化碳汇的强度会预计会减少随着世界持续变暖。

虽然在过去百万年的CO2和温度之间存在明显的关系,但难以推断未来地球气候的变化。例如,在上一个冰河世纪末,大气中的二氧化碳浓度增加了50%左右,而全球气温则增加了4摄氏度左右。如果二氧化碳是唯一起作用的因素,这将意味着一个非常高的压力气候敏感性二氧化碳排放量–每增加一倍二氧化碳排放量约8摄氏度,远高于基于气候模型的当前估计以及其他证据。

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然而,如果二氧化碳只贡献了大约35%在最后一次冰河时代结束时的变暖 - 随着熔炼冰盖的改变冰片发挥着重要作用 - 这意味着围绕3C的气候敏感性 - 与当前的模型估计有更多的惯例,但是非常大的不确定性考虑到模型在这段时间内模拟全球变化的准确性有限。

与此同时,二氧化碳在放大冰期初始轨道变化中发挥了如此重要的作用,这一事实进一步重申了它作为地球的重要作用主要控制旋钮地球气候的变化

在冰河时期,相对较小的外部作用力变化可以驱动如此大的行星反应,这一事实应该作为一个值得警惕的例子。这是因为人类排放的二氧化碳和其他温室气体使地球进一步超出了过去几百万年所特有的气候条件范围。

全球气温是只有4摄氏度左右更冷在最后的冰河时代比今天。在较高的排放情景下,减缓努力有限,世界上可能在多世纪以来的时间更加温暖,而不是在最后一千年的冰河时代结束时变暖。

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