大洋碳循环与气候演变的热带驱动

20世纪气候演变研究的最大突破,在于地球轨道变化驱动冰期旋回的米兰柯维奇理论。然而近年来学术界对热带过程和大气CO2浓度变化的研究进展,暴露了传统的轨道驱动理论存在着对低纬区和碳循环在全球气候系统中作用估计不足的严重缺陷。国家重点基础研究发展计划项目"大洋碳循环与气候演变的热带驱动"拟以南海与西太平洋暖池的深海记录为依据,进行全球性对比和跨越地球圈层的探索,通过观测分析结果与数值模拟的结合、地质记录与现代过程的结合,检验和论证大洋碳储库长周期变化机制的假说,对于不同时间尺度上低纬过程如何通过碳循环在全球气候环境演变中的作用,实现理论上的突破。同时简要介绍了该项目的目的、科学意义、关键科学问题及预期目标等。

探索大洋碳储库的演变周期

南沙深海钻孔ODP1143井的5Ma沉积记录,揭示出碳同位素变化有0.4～0.5 Ma长周期,并通过对比证明为全大洋所共有,反映了大洋碳储库的低频变化.此类周期性也见于碳酸盐和热带风尘沉积,说明是由季风等低纬区过程所引起.无论1143井或其他大洋的第四纪记录,都表明碳同位素重值期(δ13Cmax)所反映的大洋碳储库改组,发生在冰盖大扩张和冰期旋回变型(如“中更新世革命”、“中布容事件”)之前,证明了碳循环对于冰期变化的调控作用.可见第四纪冰期旋回应当是高纬与低纬过程,物理作用(冰盖)和生物地球化学作用(碳循环)相互结合下“双重驱动”的产物,不能只靠北半球高纬区响应轨道驱动的物理因素来解释.由于当前地球正处在又一次碳同位素重值期,理解大洋碳储库的周期演变及其气候影响实属当务之急.文中还对第四纪以前大洋碳、氧同位素的变化进行比较,发现在0.4Ma偏心率长周期上两者同步变化,随着北极冰盖的发育才失去耦合关系.