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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。 信用:ImageBROKER / Alamy图片社图片
2020年7月2日16:00

解释者:二氧化碳浓度的上升和下降是如何影响冰河时代的

齐克Hausfather

齐克Hausfather

20年7月2日
齐克Hausfather

齐克Hausfather

2020年7月2日|4:00 PM
解释者:二氧化碳浓度的上升和下降是如何影响冰河时代的

在过去的11000年里,地球的气候一直相当稳定重要的作用在人类文明的发展中。

在此之前,地球经历了一次冰期持续的数万年。在过去100年里,地球的历史的特点是一系列冰河期的气温回暖的时间都比较短打散的。

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。

在最后一个冰河时代的今天比它在全球的平均温度为4℃左右冷。有一个真正的风险是,如果排放量继续上升,全球变暖更本世纪比上一个冰河时代2万年前的今天中部之间做到了。

在这个解释器,碳简要探讨如何在最后一个亚慱官网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。

米兰科维奇旋回

地球经历了在过去的百万年中,北半球大部分地区都被巨大的大陆冰原覆盖过。这些冰河期与全球气温的大幅下降(比现在的水平低4摄氏度或更多)有关,在陆地和高纬度地区的变化更大。

这些冰河时代被“间冰期”时期,那里的温度上升到在当前水平打断。最近的冰河时代发生多年120000 11500年前之间,而目前间冰期时期 -全新世- 预计去年额外几十年十万(和人类活动可能无意中延缓下一个冰河世纪的开始)。

冰河时代的周期由在地球轨道周期变化的主要驱动。三个不同的轨道周期 - 被称为米兰科维奇旋回在他们的发现者塞尔维亚科学家之后米卢廷·米兰科维奇博士-相互作用,改变入射太阳能的分布,从而显著影响地球气候。

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。
从三个米兰科维奇周期的图示彗星的程序在大学大气研究中心。

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。

这三个周期以不同的方式在赋予其不同的时期,这意味着冰河期并不总是具有相同的持续时间重叠。这些循环中没有显着改变来自太阳的能量到达地球的总量;相反,他们大多采取行动,在地球的表面改变太阳的能量分布。

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。

北半球关系比南纬更多 - 至少在过去的几百万年 - 因为它含有较多的土地面积(这可以更容易地成为冰雪覆盖比海洋),并因为南极一直被冰雪覆盖。

温室气体

太阳能量在地球表面分布的这些变化不足以解释冰河时期气候的剧烈变化,尤其是高纬度地区以外的地区。

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 - 从重构路政署罗根同位素分析 - 与大气二yabo亚博体育app下载氧化碳浓度(蓝线)从气泡在过去的80万年被困在南极冰。

(这些古气泡通过钻孔访问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)在圆顶富士南极地点使用同位素模型Uemura等人,(2018)和南极复合冰芯大气CO2数据(蓝线)从Bereiter等人(2014)。数据涵盖80万至公元前1980年CE的时期。使用碳简表亚慱官网Highcharts

当二氧化碳浓度为全球平均值的良好表现 - 如CO2是一种充分混合温室气体 - 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-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从大气中吸收了更多的二氧化碳,尽管这确实是有些抵消通过对海洋的CO 2吸收较高盐度的效果 - 如淡水从雪冻结入冰片材。

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:这是多大的太阳的能量是由表面反射的措施。它来源于拉丁词albus,意思是白色。反照率被测量为百分比...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,限制量二氧化碳可以从海洋释放到大气中由风、蒸发和盐度驱动的海洋环流的变化,也在与冰期开始有关的二氧化碳减少中发挥了作用。

最后,海平面下降还会影响珊瑚礁和其他海洋生态系统的生长,从而影响海洋中储存的二氧化碳量。

作为教授理查德·阿利,地球科学教授亚慱彩票APP宾州州立大学告诉碳简介:亚慱官网

轨道特征对到达地球的总阳光的影响几乎为零;阳光只是在地区和季节之间流动。但是,整个世界变冷,进入冰河时代,整个世界变暖,从冰河时代出来,尽管一半的世界得到较少的阳光,而另一半得到更多。到目前为止,所有对这个问题的解释都需要二氧化碳的影响,这很好地解释了这个问题。

一个最近的研究通过丹尼尔Baggenstos博士伯尔尼大学和同事检查不同的因素,从最后一个冰河时代到当前的间冰期的过渡期间的相对贡献。他们发现,反射率 - 作为冰盖收缩表面的改变的反射率 - 负责对变暖的一半的最大因素,同时改变二氧化碳浓度和其他温室气体负责37%,而反射粉尘量的削减和其他气溶胶在大气中由剩余的13%。

LAG和引线

很多网上讨论这个关于二氧化碳的冰河期的角色 - 和相关参数那些持怀疑态度的气候变化 - 重点的事实是“冰川消融”在冰川期结束时温度背后CO2滞后。

在某些方面,但是,这正是我们所期望的;有没有人在最后一个冰河时代结束时燃烧化石燃料,因此二氧化碳担任多为反馈到轨道的变化,而不是气候强迫今天就是这样。

由于胡同告诉碳简介:亚慱官网

“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。

这应该不会困扰任何人。它经常这样,但它不应该这样。我有时使用的类比是,如果我透支了我的信用卡,进入债务,利息将会介入,使我的债务更大。利息滞后于债务——首先我陷入债务,然后我支付利息,然后我进一步陷入债务。几乎所有人都明白,这是一种明智的、但令人不快的局面。当轨道影响冰和温度时,这就会改变其他的东西,进而影响二氧化碳,而二氧化碳又会对温度产生更大的影响——如果整个故事都被理解了,同样也很容易理解。”

这就是说,在冰川期结束CO2浓度和温度之间的相互理解拥有先进近年来在南极冰核中无论是过去还是温度和二氧化碳含量的更好的重建。

虽然科学家们过去认为,在冰河期,二氧化碳会使气温滞后600至1000年,但最近的一些研究表明,这种滞后确实存在相当小甚至太小,无法检测。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。

下面的图表显示了最后一个冰河时代末期(公元前23000年至公元前8500年)南极的温度(红线)和最近的替代重建产生的二氧化碳(蓝线)。虽然有些时期可能会经历几百年的滞后,但这一关系似乎比早期重建的不确定性更大时更为紧密。

标题
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CO2数据(蓝线)从Bereiter等2014。数据涵盖了从23,000BC到8,500BC的时期。使用碳简表亚慱官网Highcharts

此外,看着单从南极洲的温度数据也掩盖了一个更细致的全球图景。

一个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并且通过海流中冰河时代端变化部分驱动。

在最后一个冰河时代结束时从Shakun等人2013纸世界不同地区,跨越不同的气候代理的地点和时间段他们的估计的不确定性沿结果如下图所示。橙色值是南半球,蓝色值显示北半球和灰度值显示全球气温估计。在y轴上的计数表示有多少千个模拟 - 其中检查的结果的灵敏度的不确定性在CO2年龄datingand代理温度估计 - 表明尺寸的滞后。

大气中二氧化碳浓度的增加和温度对全局(灰色)之间的滞后,北半球(NH;蓝色)和南半球(SH;红色)在从当前前20000至一万年期间代理堆。
大气中二氧化碳浓度的增加和温度对全局(灰色)之间的滞后,北半球(NH;蓝色)和南半球(SH;红色)在从当前前20000至一万年期间代理堆。在图2b中Shakun等人2013

具体而言,Shakun及其同事认为,在轨道周期变化而触发的冰层的初始熔化在北半球。这导致大量的淡水到倒入海洋作为冰层融化,扰乱了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的强度预计将减少随着世界继续变暖。

虽然是在过去100万年间二氧化碳和温度之间的明确关系,这是难以推断未来的变化对地球的气候。例如,在最后一个冰河时代大气中二氧化碳浓度的末增长50%左右,而全球气温在4℃上升。如果CO2是在工作的唯一因素,这将意味着一个非常高气候的灵敏度二氧化碳 - 8C左右每CO2倍增,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CO2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给出的极限模型如何准确地模拟在此期间全球变化。

与此同时,该CO2在放大过程中冰河期初始轨道的变化中发挥了重要作用的事实进一步重申了其作为角色主要控制旋钮对地球气候的影响

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大约4℃冷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。

从这个故事中Sharelines
  • 解释者:二氧化碳浓度的上升和下降是如何影响冰河时代的
  • 解释器:二氧化碳浓度在冰河时代的影响

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