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科学普及

气候变化与CO2浓度的相关性问题

稿件来源: 发布时间:2013-08-08

  在过去的800000(从晚更新世到接下来的全新世),地球的气候经历了许多次---的变化。变化背后的原因可以归结为:(1)由地球轨道参数决定的太阳辐射输入的变化(2)大气中CO2 浓度反复的增减。初看起来,气候与太阳辐射以及 CO2 浓度间的耦合很紧。但最近,分别来自法、英两国的地球科学家Bard Rickaby,在Nature周刊上撰文,对气候变化与CO2浓度的相关性提出了质疑。研究者以取自西南印度洋的海底沉积物芯为样本,分析了古气候的记录。结果表明:将温暖的亚热带海域与寒冷的南极副极地海域分开的海洋锋,可能影响了全球尺度的温度调节。Bard Rickaby使用一组沉积物芯记录,监测亚热带锋的纬度迁移,以及在过去的800000年中气候在冰期和暖期之间的循环。 

  来自印度洋的温暖且具有高盐度的海水,从非洲南端的通道泄入南大西洋,成为全球海洋温盐环流的一部分,并且补偿了从大西洋至世界其他海域的深水输出。暖咸海水进入南大西洋,纵贯南北的密度梯度,为整个大西洋的经圈翻转环流(特别是墨西哥湾流)提供动力;从而为北大西洋地区送去了温暖。理论上,西南印度洋亚热带锋的纬度位置决定了暖咸海水自印度洋进入南大西洋通道的宽度 

  海洋锋是某种边界,在它的两侧海水的密度不同。它对海洋环流的影响,地球科学家很早就有所认识。例如,在晚更新世,北大西洋极锋对大西洋经圈翻转环流的调控,最终影响了整个北半球的气候。其中的主要机制在于:在经圈翻转环流的北端深水形成的区域,海水密度的增减,受制于极锋的运动。具体说,当北欧处于两个冰期之间的暖期,相应有极锋北移,经圈环流中来自亚热带的暖海水将可以向北走得更远,进入副极地纬度;于是有更多的蒸发,以至于海水的盐度与密度均增加;结果,促进了深水形成和经圈环流。反之,如果极锋南移,来自墨西哥湾的暖海水,将较少蒸发;于是海水密度增加不大,不利于下沉运动(即不利于深水形成);结果,经圈环流失去了活力,向北欧送去温暖的输送带几乎停运,使该地区处于寒冷的冰期。以上讨论,主要是针对高纬度地区。Bard Rickaby研究的创新点在于:将海洋锋的考虑推广到南半球的亚热带海域。 

  在南非的东海域,研究者从过去800000年的海底沉积物芯中,选取两段(被称为超冰期)作为监测对象。这两段超冰期的气候要比一般冰期冷得多,但其间的大气CO2 浓度却与前面或后面的一般冰期没有什么差别。Bard Rickaby提出,超冰期极为寒冷的气候的形成,是源于印度洋中亚热带锋的北移。在过去的800000年间,这两次北移高达7纬度,创造了亚热带锋漂移幅度之最。显然,亚热带锋在此位置曾经部分阻止了从印度洋进入南大西洋的Agulhas洋流。这样一来,大西洋的经圈翻转环流被迫进入到一种几乎停顿的模式,北欧地区因缺少洋流的热输送而步入超冰期,北半球冰原覆盖的扩展超出了常规的极限。 

  由此,人们产生了一个相反的联想:自从1980年代以来,大气科学的监测表明:西南印度洋的气压梯度和风场模式之改变,已经使Agulhas洋流稳步增强,这个增强或许已经促进了从印度洋到南大西洋的水输送。我们面临的问题是:(1)这个增强,是否最终有助于大西洋经圈翻转环流的整体运转,进而对欧洲乃至全球变暖有所贡献?(2CO2 浓度是导致全球变暖的决定性因素吗? 

   ( 戴闻 编译自 Nature 460 (2009): 335 380 ) 

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