地球軌道參數(shù)的波動(dòng)被認(rèn)為是冰河時(shí)代等長(zhǎng)期氣候波動(dòng)的觸發(fā)因素。這包括地球軸線傾角的變化，周期約為40，000年。由基爾海默研究中心領(lǐng)導(dǎo)的基爾海洋科學(xué)家Kiel通過(guò)使用一種新模型表明海洋與大氣之間的生物地球化學(xué)相互作用也可能導(dǎo)致這一時(shí)間范圍內(nèi)的氣候波動(dòng)。該研究最近發(fā)表在Nature Geoscience雜志上。

地球的氣候歷史以周期性變化為特征，這些變化通常歸因于到達(dá)地球表面的太陽(yáng)輻射。這種日照在地質(zhì)時(shí)間上不是恒定的，而是由地球軌道參數(shù)的周期性變化調(diào)節(jié)。影響日照的關(guān)鍵參數(shù)之一是地球旋轉(zhuǎn)軸(傾斜度)的傾斜，其隨著時(shí)間的推移周期性地變化，周期長(zhǎng)度約為40，000年。在白堊紀(jì)和地球歷史上其他時(shí)期沉積的沉積物的化學(xué)和同位素特征描述了在這個(gè)時(shí)間尺度上溫度和碳循環(huán)的規(guī)律變化。在地質(zhì)氣候檔案中觀察到的40 kyr周期被認(rèn)為是影響表面溫度的傾斜引發(fā)的日照變化的結(jié)果，海洋和大氣的循環(huán)，水文循環(huán)，生物圈，最終是碳循環(huán)。該標(biāo)準(zhǔn)理論存在的一個(gè)問(wèn)題是，全球日照的變化非常小，必須通過(guò)對(duì)全球氣候影響不太了解的積極反饋機(jī)制加以擴(kuò)大。

來(lái)自德國(guó)基爾的一組科學(xué)家提出了一種從海洋生物圈的新數(shù)值模型中產(chǎn)生的截然不同的觀點(diǎn)。它模擬了海洋中浮游生物生物量的周轉(zhuǎn)，并解決了相關(guān)的微生物氧化和還原反應(yīng)，控制了海洋中溶解氧，硫化物，養(yǎng)分和浮游生物的存量。在他們的模型實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家驚奇地發(fā)現(xiàn)了一個(gè)自我持續(xù)的40 kyr氣候循環(huán)，使用了生物地球化學(xué)模型，并將其應(yīng)用于白堊紀(jì)海洋的循環(huán)模型，而不使用傾斜強(qiáng)迫。

“在我們的模型中，碳循環(huán)很大程度上受到生活在海洋表面的浮游生物的控制，”GEOMAR的Klaus Wallmann博士解釋說(shuō)，該研究的最新作者最近發(fā)表在Nature Geoscience上。浮游生物通過(guò)光合作用和微生物消耗大氣中的二氧化碳，降解浮游生物生物量并將二氧化碳釋放回大氣中。由于二氧化碳是一種強(qiáng)效的溫室氣體，生物二氧化碳的周轉(zhuǎn)會(huì)影響地表溫度和全球氣候。浮游生物的生長(zhǎng)受到參與一系列微生物氧化和還原反應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)物的控制。

“我們已將這種新的生物地球化學(xué)模型整合到白堊紀(jì)海洋的循環(huán)模型中，它創(chuàng)造了一個(gè)自我維持的40 kyr氣候循環(huán)，而沒有施加傾斜強(qiáng)迫，”GEOMAR的共同作者SaschaFlögel博士說(shuō)。“從我們的角度來(lái)看，這個(gè)周期是由一系列積極和消極的反饋引起的，這些反饋的根源在于海洋中氮，磷，鐵和硫的氧依賴性轉(zhuǎn)換。在白堊紀(jì)海洋沉積的沉積物中記錄的化學(xué)和同位素?cái)?shù)據(jù)顯示與模型結(jié)果一致的周期性變化，“Flögel繼續(xù)說(shuō)道

在這種關(guān)于氣候變化的新觀點(diǎn)中，因果關(guān)系與標(biāo)準(zhǔn)軌道理論完全不同。海洋生物圈而非日照通過(guò)控制大氣中二氧化碳的分壓來(lái)設(shè)定速度和幅度。“我們的新理論得到了觀察的支持，并與我們對(duì)海洋中生物地球化學(xué)循環(huán)的理解相一致，”沃爾曼教授說(shuō)。

“然而，當(dāng)通過(guò)正反饋機(jī)制放大對(duì)日照的微妙影響時(shí)，傾斜和其他軌道參數(shù)也可能影響全球氣候變化。因此，地質(zhì)記錄中記錄的周期性氣候變化可能反映了生物圈的呼吸和生物圈的響應(yīng)。地球系統(tǒng)對(duì)外部軌道和日照強(qiáng)迫，“參與這項(xiàng)研究的基爾大學(xué)Wolfgang Kuhnt教授總結(jié)說(shuō)。