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《科学进展》:地球持续变暖可能变得更加不稳定
时间:2021-08-16 09:08:13

近年来经历的长期干旱状况、破纪录的高温、持续的野火和频繁的、更极端的风暴,是人类向大气中添加二氧化碳所带来的全球温度上升的直接结果。 而麻省理工学院一项关于地球古代历史上极端气候事件的新研究表明,随着地球持续变暖,今天的地球可能变得更加不稳定。

这项研究于2021年8月11日发表在《科学进展》上,研究了过去6600万年的古气候记录,即新生代,在恐龙灭绝后不久开始。科学家们发现,在这一时期,地球气候的波动经历了一个令人惊讶的"变暖偏向"。换句话说,变暖事件,也就是持续数千年至数万年的长期全球变暖期远多于变冷事件。更重要的是,变暖事件往往比冷却事件更加极端,温度变化更大。

研究人员说,对这种变暖偏差的一个可能的解释可能在于"乘数效应",即适度的变暖--例如从火山向大气中释放二氧化碳--自然地加速某些生物和化学过程,加强这些波动,平均来说会导致更多的变暖。

有趣的是,研究小组观察到,这种变暖的偏差在500万年前消失了,大约在北半球开始形成冰原的时候。目前还不清楚冰层对地球对气候转变的反应有什么影响。但是,随着今天北极冰层的消退,新的研究表明,乘数效应可能重新启动,其结果可能是人类引起的全球变暖的进一步放大。

该研究的主要作者、麻省理工学院地球、大气和行星科学系的研究生康斯坦丁·安谢德说:"北半球的冰层正在缩小,并有可能作为人类行为的一个长期后果而消失。我们的研究表明,这可能使地球的气候从根本上更容易受到极端的、长期的全球变暖事件的影响,如在地质历史上看到的那些事件。"

为了进行分析,该团队查阅了含有深海底栖有孔虫的大型数据库,这些单细胞生物已经存在了数亿年,其硬壳保存在沉积物中。这些壳的成分在生物体生长时受到海洋温度的影响;因此,这些壳被认为是地球古代温度的可靠代表。几十年来,科学家们分析了从世界各地收集到的这些贝壳的成分,并确定了不同时期的日期,以追踪地球温度在数百万年里的波动情况。

研究小组首先对数据进行了统计分析,并观察到在过去的6600万年中,全球温度波动的分布并不像一个标准的钟形曲线,其对称的尾部代表了极端温暖和极端寒冷波动的同等概率。相反,该曲线明显是一边倒的,偏向于更多的温暖事件而不是寒冷事件。曲线还表现出一个明显较长的尾巴,代表了比最极端的寒冷事件更极端或温度更高的温暖事件。一切都指向一些基本的东西,这些东西导致了这种推动,或对变暖事件的偏见。

可以说,在变暖的意义上,地球系统变得更加不稳定,该小组想知道这种变暖的偏向是否可能是气候-碳循环中"乘法噪音"的结果。科学家们早就知道,更高的温度,在一定程度上,往往会加速生物和化学过程。因为碳循环是长期气候波动的一个关键驱动因素,它本身就是由这些过程组成的,温度升高可能导致更大的波动,使系统偏向于极端的变暖事件。

在数学中存在一套描述这种一般放大或乘法效应的方程式。研究人员将这种乘法理论应用到他们的分析中,看看这些方程是否能够预测不对称分布,包括其倾斜程度和尾巴的长度。

最后,他们发现,数据以及观察到的对变暖的偏向,可以用乘法理论解释。换句话说,很可能在过去的6600万年里,平均来说,适度变暖的时期因乘数效应而进一步增强,例如生物和化学过程的反应使地球进一步变暖。

作为研究的一部分,研究人员还考察了过去的变暖事件与地球轨道变化之间的相关性。在几十万年的时间里,地球围绕太阳的轨道定期变得更多或更少的椭圆。但是,科学家们想知道为什么过去的许多变暖事件似乎与这些变化相吻合,以及为什么这些事件与地球轨道的变化本身可能造成的变暖相比具有巨大的特点。

研究人员将地球轨道的变化纳入乘法模型和他们对地球温度变化的分析中,并发现乘法效应可以预见地平均放大由于地球轨道的变化而导致的温和的温度上升。

气候变暖和变冷是与轨道变化同步的,但是轨道周期本身只能预测气候的适度变化。但是,如果我们考虑一个乘法模型,那么适度的变暖,配上这种乘法效应,会导致极端事件,而这些事件往往与这些轨道变化同时发生。

"人类正在以一种新的方式强迫这个系统,"安谢德补充说。"而这项研究表明,当我们提高温度时,我们很可能会与这些自然的、放大的效应相互作用。"

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