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冰冷的景观,浮冰,威德尔海,南极洲。
冰冷的景观,浮冰,威德尔海,南极洲。 来源:ImageBROKER / Alamy Stock照片
2020年7月2日16:00

解释器:上升和下降如何二氧化碳含量的影响冰河期

齐克Hausfather

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20年7月2日
齐克Hausfather

齐克Hausfather

下午1:00 02.07.2020 |
解释器:上升和下降如何二氧化碳含量的影响冰河期

地球的气候已经相当稳定,在过去11000年,打重要的作用在人类文明的发展。

在此之前,地球经历了持续数万年的冰河时代。在过去的百万年里,地球历史的特征是一系列的冰河期被相对较短的温暖时期所打破。

这些冰期被触发,并在地球轨道的缓慢变化结束。但改变CO2的大气中的浓度也起着推动冰河期发作期间冷却和在其端部升温了关键作用。

在上一个冰河时代,全球平均气温比现在低4摄氏度左右。如果温室气体排放继续增加,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今天之间的程度,这是一个切实的风险。

在这个解释器,碳简要探讨如何在最后一个乐动体育下载app冰河时代提供了一个“控制旋钮”对地球气候的角色扮演CO2的有力证据。它也作为气候如何能够体验到相对较小的外部“强迫”大变化的警示。

米兰科维奇周期

地球经历在过去100万年周期数,其中较大的大陆冰盖已覆盖北半球的。4C或更低于今天的水平 - - 与土地,并在高纬度地区大得多的变化,这些冰河时代与全球气温大幅下降有关。

这些冰河期被“间冰期”所打断,在这些间冰期温度上升到目前的水平。最近一次冰河期发生在12万到11万5千年前,而现在的间冰期——冰河世纪全新世-预计将持续更多几十年十万(和人类活动可能无意中延迟下一个冰河时代的开始更进一步)。

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周期他们的发现者,塞尔维亚科学家Milutin米兰柯维奇博士- 互动改变,可以显着影响地球气候的方式进入太阳能的分布。

从COMET计划三个米兰科维奇周期在大学大气研究中心的插图。
插图的三个米兰科维奇周期从COMET计划在大学的大气研究中心。

这些包括:

  • 岁差 - 26000年移旋转的地球轴线的影响有多大夏天的阳光在高纬度地区接收到的方向(和转移多少到达北南VS)。
  • 倾角 - 在地球的轴线相对于改变多少太阳两极与赤道期间每年收到太阳的倾斜的41000年的变化。
  • 偏心 - 在地球轨道绕太阳,从而变更季节的长度和影响岁差的重要性形状的100,000-400,000变化。

鉴于这三个周期的不同时期,随着时间的推移,它们以不同的方式重叠,这意味着冰河时代的持续时间并不总是相同的。这些周期中没有任何一个能实质上改变从太阳到达地球的能量总量;相反,它们的作用主要是改变太阳能量在地球表面的分布。

当这些周期造成北半球夏天拿到少晒太阳,它允许冰盖开始扩大。反过来,这些冰盖反射更多的入射太阳光回空间,造成了“正反馈”该驱动器的其他区域的冷却。

至少在过去的几百万年里,北纬比南纬重要得多,因为它的陆地面积更多(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

这些变化在整个地球表面的太阳的能量分布是不够期间冰期解释气候的急剧变化,特别是外部的较高纬度地区。

并且,特别是CO2 - - 大气温室气体浓度的变化过程中的间冰期冰期和温暖的气候条件发挥在寒冷的条件下发展了很大的作用。在这种情况下,二氧化碳并不是冰河期的直接原因;相反,它作为一个反馈的轨道变化引发AMPLIFY变化。

有温度和二氧化碳浓度超过冰周期之间的公知关系。下面示出了两个温度(红线)图中 - 从重构海德拉巴罗根同位素分析-和大气中的二乐动体育app苹果j氧化碳浓度(蓝线)从气泡在过去的80万年被困在南极冰。

(这些古老的气泡是通过钻孔获得的冰芯通过冰盖和冰川下来。冰核是“代理数据”,其中来自遥远过去的气候信息是从在整个地球各种形式锁定了间接证据收集的只是一个例子。)

使用同位素建模从植村南极重构空气温度(红线)在圆顶富士站点南极洲等人2018和南极复合冰芯大气中的二氧化碳从数据伯雷特等人2014年的数据(蓝线)跨越从23,000BC到8,500BC周期。
南极洲重构的空气温度(红线)在冰穹富士现场南极同位素从造型Uemura等人,(2018)和南极复合冰芯大气二氧化碳数据(蓝线)伯雷特等人(2014)。数据跨度从公元前80万年到公元1980年。图表由碳简要使用乐动体育下载appHighcharts

而二氧化碳浓度很好地代表了全球的平均值,因为二氧化碳是充分混合温室气体 - 注意,这里显示的温度重建仅代表南极洲是很重要的。有强有力的证据从末次冰期全球显示出温度相当少跌在世界各地的气候代理 -大约一半之多- 作为南极的温度。

在轨道周期的变化不会立即导致上升或大气中的CO2下降。相反,初始增加冰盖在高纬度地区引发的反馈是导致大气中的二氧化碳回落在冰河时代的开始。

这发生在多种方式。随着冰盖增长,海平面显着变化,相对于今天的水平,目前水下露出大面积的土地,并允许增长的植被要占用更多的CO2下跌约120米。

较冷的海水溶解更多的二氧化碳,吸收更多来自大气,虽然这是一定程度上抵消这是由于较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,冰河时代的冰川磨碎石头化为尘土,它提供营养物质的海洋生活,帮助推动在深海的碳的量的植物被吃掉,并沉入大海。

词汇表
反照率:这是一个衡量太阳的能量有多少被一个表面反射。它来源于拉丁词albus,意思是白色。反照率是用百分比来测量的。阅读更多

扩展的海冰也涵盖了在那里涌有助于将深海CO2回升到表面的海洋区域,限制CO2可从海洋中释放的回大气中。海洋环流由风,蒸发和盐度的变化带动也起到CO2与冰川的发病相关的还原作用。

最后,落下海平面也影响珊瑚礁等海洋生态系统影响储存在海洋中的二氧化碳量的增长。

理查德教授巷,地球科学教授乐动体育 英超宾夕法尼亚州立大学告诉碳简介:乐动体育下载app

对总太阳光到达地球轨道特征的效果是几乎为零;阳光是刚搬到地区和季节之间。但是,整个世界库尔斯到冰河时代,整个全球变暖未来的冰河时代了,尽管一半的世界越来越少晒太阳,当另一半得到更多。而且,到目前为止,这一切的解释需要CO2的效果,其精美的解释。

一种最近的研究通过丹尼尔Baggenstos博士伯尔尼大学他的同事们研究了从最后一个冰河时代到现在的间冰期之间不同因素的相对作用。他们发现,反照率——随着冰盖缩小而改变的地表反射率——是造成全球变暖一半的最大因素,而二氧化碳浓度和其他温室气体的变化,以及反射尘埃和其他物质的减少,是造成全球变暖的最大因素气溶胶在大气中由剩余的13%。

LAG和引线

网上有很多关于二氧化碳在冰河时代的作用的讨论相关参数它关注于这样一个事实:在冰河时代末期的“冰川消退”期间,二氧化碳的排放滞后于气温。

然而,在某些方面,这正是我们所期望的;在上一个冰河时代末期,没有人类燃烧化石燃料,所以二氧化碳更多的是作为一种燃料反馈到轨道的变化,而不是气候迫使今天它。

由于胡同告诉碳简介:乐动体育下载app

“没有办法的轨道直接改变CO2 - 有点在北半球夏季更多的阳光融化的冰,但随即不会导致CO2来改变。因此,CO2必须是一个反馈。由于日照量 - 和冰量 - 对温度的直接和即时影响,应该有地球上的地方,其中二氧化碳的任何变化滞后,而不是导致眶原因和温度变化。

这不应该打扰任何人。它经常做,但它不应该。这个比喻我有时用的是,如果我乱花钱,我的信用卡并进入债务,利息将踢,让我的债务更大。利息滞后债务 - 首先我进入债务,然后我付利息,然后我再进入债务。几乎每个人都明白,这是一个明智的,如果不愉快的情况。当轨道影响冰和温度,这改变了其他的东西,反过来,影响CO2,这反过来会影响温度多一些 - 同样明智的,如果完整的故事了解“。

也就是说,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,人们对冰期末期二氧化碳和温度之间相互关系的理解有所提高。

虽然使用的科学家认为,二氧化碳通过次冰消期600至千年滞后温度,最近的一些研究表明,滞后是相当小甚至太小而无法察觉。它是具有挑战性的精确匹配从冰核CO2记录和温度记录为有在冰片(即陷阱气泡)新降雪之间的延迟,然后将该雪慢慢压缩成冰。

从23,000BC到8,500BC - 南极温度(红色线)和CO2从最后一个冰河时代末期在最近代理重建(蓝线)下图显示了。虽然某些时期可能遇到的几百年滞后的关系似乎更紧密耦合比是由具有较大的不确定性早期重建建议。

标题
南极洲重构的空气温度(红线)在圆顶富士基地南极洲使用同位素建模Uemura等人2018年和南极复合冰芯大气二氧化碳数据(蓝线)伯雷特等人2014。数据跨度从公元前23000年到公元前8500年。图表由碳简要使用乐动体育下载appHighcharts

此外,仅看南极的温度数据也模糊了更为微妙的全球图景。

一种2013纸通过杰里米Shakun博士波士顿学院和他的同事在最后一个冰河时代结束时所审查的全球80个气候代用记录的网络。他们发现,尽管CO2通常滞后温度在南半球 - 与南极重建一致 - 同样是不是为世界各地的真实。

无论是北半球和全球整体气温竟滞后CO2;换句话说,世界是一个整体,气候变暖后发生的大气中二氧化碳浓度增加。造成这种情况的原因很复杂部分是由冰河时代结束时洋流的变化所驱动的。

下图显示了Shakun等人2013年针对世界不同地区的论文结果,以及他们对最后一个冰河时代末期不同气候代理地点和时间段的估计的不确定性。橙色的值代表南半球,蓝色的值代表北半球,灰色的值代表全球温度估计值。y轴上的计数代表了1000次模拟中有多少次显示了这种程度的滞后。这些模拟测试了结果对二氧化碳年代测定和替代温度估计的不确定性的敏感性。

全球(灰色)、北半球(NH;蓝色)和南半球(SH;红色)代理堆栈在2万到1万年前。
全球(灰色)、北半球(NH;蓝色)和南半球(SH;红色)代理堆栈在2万到1万年前。图2 b在Shakun等人2013

具体地说,沙昆和他的同事认为,轨道周期的变化引发了北半球冰盖的初步融化。冰盖融化导致大量淡水流入海洋,破坏了海洋大西洋经向翻转环流(AMOC),这反过来,冷却北半球和温热南半球。

这个南半球气候变暖造成的CO2,这反过来,温暖了整个地球的海洋中释放。Shakun等人认为,发生在最后一个冰河时代结束时,绝大多数的全球气候变暖的二氧化碳增加后,虽然这变暖的反照率(反射率)的组合引起的变化和温室效应。

我们可以从冰川周期学到什么

过去冰河时代的世界与今天有很大不同。它不一定是假设所有的力量同样是在今天的工作,因为人类排放现在推动的气候变化。

例如,如果没有在南大洋的手段,不断上升的气温预计不会开车在当前的环境CO2的海洋释放大规模海冰覆盖的 - 尽管海洋吸收CO2的强度将减少作为全球继续变暖。

虽然是在过去100万年间二氧化碳和温度之间的明确关系,这是难以推断地球气候未来的变化例如,在上一个冰河时代末期,大气中的二氧化碳浓度增加了约50%,而全球气温上升了约4摄氏度。如果二氧化碳是唯一起作用的因素,这就意味着二氧化碳含量非常高气候的灵敏度到二氧化碳——大约每两倍二氧化碳8摄氏度,远高于根据气候模型目前的估计和其他线路的证据。

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然而,如果二氧化碳只有大约35%的贡献在最后一个冰河时代结束时的变暖 - 从融化冰盖发挥了重要作用,改变反照率 - 这将意味着围绕3C气候敏感性 - 更加符合当前的模型估计不多,虽然有非常大的不确定性考虑到模型模拟这段时期全球变化的准确性有限。

与此同时,二氧化碳在冰期放大最初轨道变化中扮演了如此重要的角色,这一事实进一步确认了它的作用主要控制旋钮的地球气候。

在外部强迫相对较小的变化可以驱动期间冰河时代这样大的行星响应这一事实应作为警示的例子。这是因为二氧化碳和其他温室气体的人类排放推动有特点,过去几百万年的气候条件范围的地球更远。

全球气温分别为只有4摄氏度左右在最后一个冰河时代比他们今天。在有限的减排努力更高的排放情景,这很可能是世界上可能更多的温暖,在短短一个多世纪比上一个冰河时代结束时借用的几千年。

这个故事中的Sharelines
  • 解释器:上升和下降如何二氧化碳含量的影响冰河期
  • 解释者:冰河时期二氧化碳水平的影响

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