近日，《美国国家科学院院刊》发表了一项由美国俄勒冈州立大学Wendt教授带领国际研究团队完成的突破性研究成果。该研究通过分析南极冰芯中的气体成分，首次高分辨率地记录了过去6万年间大气二氧化碳（CO₂）浓度的变化，并揭示了南大洋在快速气候变化中的重要作用。
末次冰期发生在大约11.7万至1.2万年前，期间地球气候经历了频繁的冷暖交替。研究人员特别关注了被称为Heinrich事件的一系列剧烈冷事件，这些事件因北大西洋冰盖崩塌导致大量冰山排放而得名。科学家们发现，在这期间发生了四次显著的CO₂浓度快速上升现象，其中最引人注目的是约3.95万年前的第四次Heinrich事件，当时CO₂浓度在短短55年内增加了14 ppm。
这项研究不仅展示了CO₂浓度与大气甲烷（CH₄）浓度以及南极冰芯中水同位素组成的同步变化，还提供了关于南极海洋快速变暖和风力驱动的上升流的新见解。研究表明，南半球西风带的移动可能是造成这一时期南大洋通风增强的原因之一，从而促进了富含碳的深层海水上涌到表面，释放出更多的CO₂进入大气层。
为了验证这些观察结果，研究团队使用了一个包含同位素信息的全球大气环流模型(iCAM5)进行了模拟实验。模型成功再现了观测到的δ¹⁸O和氘过量的变化模式，进一步支持了南极海洋在CO₂浓度增加过程中所起的作用。
随着人类活动持续影响全球气候系统，南半球西风带预计会继续加强，这可能削弱南极海洋对CO₂的吸收能力，进而加速全球变暖的趋势。因此，理解南极海洋如何响应CO₂变化对于预测未来的气候变化至关重要。这项研究提醒我们，地球气候系统的各个部分相互关联，任何一个区域的变化都可能对全球气候产生深远的影响。
论文信息：Kathleen A. Wendt et al., "Southern Ocean drives multidecadal atmospheric CO₂ rise during Heinrich Stadials," PNAS, May 13, 2024, 121 (21) e2319652121; DOI: 10.1073/pnas.2319652121.
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