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2018
04-08

蜗牛故事:化石贝壳和新的地球化学技术为古代气候冷却提供线索


来自密歇根大学,康涅狄格大学和其他地方的研究人员分析了来自汉普郡盆地,英国的淡水蜗牛Viviparus lentus的化石贝壳。他们在大约三千四百万年前使用凝聚同位素测温法来估算早渐新世过渡期的地温。照片由Michael Hren提供。科学家们利用一种新的实验室技术来分析化石蜗牛的壳,科学家们已经深入了解了3400万年前突然转变了地球的气候变化。

当时,地球从温暖高二氧化碳“温室”状态转变为现代“冰室”世界的低二氧化碳,多变的气候。南极大陆上形成了大规模的冰盖,主要动物群体发生变化,海水温度降低了5摄氏度(华氏9度)。

但研究这种剧烈的变化如何影响土地的温度有混合的结果。有些地区没有明显的陆地气候变化。其他人则发现降温高达8摄氏度(14.4华氏度),季节性变化很大。

现在,一群美国和英国科学家 - 包括密歇根大学的两名科学家 - 已经使用了一种新的地球化学技术来分析化石蜗牛壳中碳和氧的重同位素。他们使用这种方法来测量与全球大气二氧化碳浓度变化相关的陆地温度变化。

他们的研究结果显示,温暖季节的淡水温度降低了10℃(18 F),北大西洋的气温降低了6℃(10.8℃),进一步证明大气中二氧化碳浓度和地球表面温度是密不可分的。

研究小组的发现在4月22日在线发表在“美国国家科学院院刊”上。本文的主要作者是康涅狄格大学化学和地球科学助理教授Michael Hren。 U-M合着者是地球与环境科学系的Nathan Sheldon和Kyger Lohmann。

“地质学的关键原理之一是过去是现在的关键:过去的气候记录告诉我们地球系统如何运作。通过了解过去的气候变化,我们可以更好地了解现在和预测未来的影响,“在谢尔顿(Sheldon)工作的前U-M博士后研究员Hren说。

“虽然我们对过去地球海洋温度变化的认识已经确立,但是破译地面环境的环境条件仍然难以捉摸。随着新的分析技术的应用,现在有可能在全球气候变化的事件中阐明海洋 - 陆地系统的配对反应,“Lohmann说:”稳定同位素实验室的主任,第一个使用“凝块同位素技术“。

始新世晚期和渐新世(34至3350万年前)之间的过渡部分是由于大气中二氧化碳浓度的变化引起的,这种变化使得冰可能在南极大陆上形成。

冰盖的增长,加上地球轨道的有利变化,推动了这个星球经过了一个气候临界点,导致了南极地区的永久性冰盖快速积聚,以及全球气候的大幅变化,作者写道。

但是,这段时间的气候知之甚多,都来自深海钻探。在那里,古代海洋生物的有机和无机遗体保留着海洋温度的化学特征。

现在,U-M研究人员和他们的同事们使用最近开发的“成簇同位素温度计”技术来检测这段时间的地壳化石贝壳。研究小组收集了英国怀特岛的化石化蜗牛,不仅查看了现有的碳氧同位素种类和数量,还查找了它们如何结合在一起。

含有氧和碳重同位素的键的丰度 是依赖于温度的,因此它们可以给出地面环境气候的可靠图景。 “Lohmann说:”集合同位素技术的应用提供了一个独特的温度变化记录,其中基于其他替代指标的早期估算不准确或不明确。 “这说明了在这个下降的二氧化碳时期,地面气候系统的反应。”

这个结果是有意义的,部分原因是它们提供了进一步的证据,二氧化碳不仅通过巨大的海洋和它们的温度,但由于地面温度,赫伦说。

研究表明,在这个剧烈的降温事件之前,地球大气含有百万分之一千分之二十的二氧化碳或更多。过渡期结束时,可能低于600-700 ppm。 Hren指出,一些预测表明,地球当前的二氧化碳浓度接近400 ppm,攀升,在未来100年内可能会增加到近1000 ppm。如果事实如此,那么从始新世到渐新世的规模上的温度变化就有可能发生 - 但是在另一个方向上,朝着一个更加温暖的气候,可能会从根本上改变地球上的生命。罗曼说:“地面的环境是人类的栖息地。 “因此,如果我们要在气候变暖的时候模拟和预测未来对社会的影响,那么了解土地温度变化的大小和异质性是至关重要的。”

来源:密歇根大学