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SMU研究显示,二氧化碳与全球变暖的关联在2200万年前

发布时间:2018-05-15 浏览次数:1

Variations in the concentration of atmospheric carbon dioxide affect carbon fixation during photosynthesis and can be measured on a preserved fossil leaf like this one from Ethiopia. Credit SMU

em Southern Methodist University的新研究揭示了2200万年前高二氧化碳与气候变化之间的联系。 / em

来自非洲的化石叶子解决了史前的气候难题 - 同时也证实了大气中的二氧化碳与全球变暖之间的联系。

迄今为止的研究已经产生了各种结果和相互矛盾的数据,这些数据在大约2200万年前的一段时间内对高二氧化碳水平与气候变化之间的联系产生了怀疑。

但是一项新的研究发现,在史前时期确实存在这种联系,达拉斯南卫理公会大学的研究人员说。

SMU研究人员表示,这一发现将有助于科学家了解大气中二氧化碳浓度近期和未来的增长如何影响我们地球的未来。

该研究的首席科学家Tekie Tesfamichael说,这项发现来自于2700万年前和2200万年前在地球上生长的植物化石叶的新生化分析。

来自Mush River Valley的化石叶片可以追溯到2200万年前,当时气候变暖的幅度与21世纪预期的相同。 Credit SMU来自埃塞俄比亚Chilga和Mush River Valley高原的史前植物的化石叶子告诉科学家数百万年前大气中存在多少二氧化碳。研究人员测量了埃塞俄比亚化石叶上的叶片毛孔和表皮细胞,以确定22和27百万年前地球大气中二氧化碳的浓度。

新分析证实了有关现代气候的研究 - 全球气温随着大气中二氧化碳的增加和减少而上升和下降 - 但在这种情况下,即使在史前时期,据SMU领导的国际研究团队说。

二氧化碳是通常存在于地球大气中的气体,甚至数百万年前。它被称为温室气体,因为更高的浓度会导致地球大气的整体温度升高,就像在温室中有太阳光照射一样。

最近,温室气体增加导致全球变暖,这是融化的冰川,引发极端的天气变化,并导致海平面上升。

新的SMU发现二氧化碳的行为与数百万年前相同,它今天所做的对未来具有重大影响。 Tesfamichael表示,如果二氧化碳水平继续上升,今天看到的二氧化碳和全球变暖的结合对未来也是如此。

“我们对过去大气中二氧化碳浓度与全球气温之间的关系了解得越多,我们就可以为未来的变化做出更多规划,”地球科学部SMU博士后Tesfamichael说。

“以前的研究报告了我们研究的两个时间间隔内二氧化碳浓度的各种结果和相互矛盾的数据,”他说。 “但是,对化石时代的更加严格的控制帮助我们解决了大气中二氧化碳浓度是否与变暖相对应 - 这在海洋沉积物中海洋化石的地球化学研究中本身就有很好的记载。”

研究人员在美国地质学会科学杂志Geology上报告了他们的发现。这篇文章是“解决大气二氧化碳与全球温度之间”解耦“的问题:整个加热期古近纪 - 新近纪分裂期间[CO2] atm重建。”

来自Dedman学院Roy M. Huffington地球科学系的合着者是古老植物学和古气候学家Bonnie Jacobs教授和沉积学和沉积地球化学专家Neil J. Tabor教授。

其他合着者是田纳西理工大学的劳伦米歇尔;怀俄明大学的Ellen Currano;亚的斯亚贝巴大学Mulugeta Feseha;史密森学会Richard Barclay;德克萨斯大学的John Kappelman;和博伊西州立大学的Mark Schmitz。

发现罕见,保存完好的化石叶子可以发现

由于罕见地发现了两个非洲东部埃塞俄比亚高地保存得非常完好的开花植物化石叶子的遗址,这一发现成为可能。

Tesfamichael说,这种保存完好的化石叶子很稀有。

“在两个重要的时间间隔内在同一地理区域内找到两个保存良好的地点非常幸运,因为这使我们能够解决我们对大气二氧化碳浓度与全球温度之间关系的问题”,他说。

科学家们知道,大气中二氧化碳浓度的变化会影响光合作用过程中叶片的碳固定。这导致叶子形成解剖和生理变化,例如气孔的频率和大小 - 碳通过的叶表面上的孔。

科学家们可以在化石叶中测量这些属性,以便叶化石可以用作地球大气二氧化碳历史的替代指标。

为SMU研究生产叶子的地点在过去几年被单独发现,但主要的化石收集是由SMU研究小组及其共同作者协调的实地工作产生的,他们一直在这个项目上合作多年。

这项工作得到了国家科学基金会,国家地理研究和探索委员会,SMU福特奖学金计划,SMU研究委员会,地球和人类研究学会以及达拉斯古生物学会弗兰克克兰奖学金的资助。

这些化石永久藏于亚的斯亚贝巴的埃塞俄比亚国家博物馆。来自埃塞俄比亚国家博物馆,文化遗产研究和保护局以及亚的斯亚贝巴大学的机构和政府支持。

以前的研究确定了温差

其中一个遗址可追溯到渐新世晚期,另一个遗址是早中新世。

先前的研究测量了来自世界各地的海洋温度的两个时间间隔,这两个时间段之间已经牢固地确定了地球上的温度差异,其中一个比另一个温度高得多。因此,SMU研究试图测量两个时期的二氧化碳水平。

对于SMU分析,从2700万年的晚渐新世现场收集了单个物种的化石叶。在史前时期,叶子在埃塞俄比亚西北部的奇尔加地区最有可能存在于河岸。虽然南极冰川正在形成,但渐新世晚期的地球气候可能比今天稍暖。 SMU的研究发现,平均二氧化碳含量约为百万分之390,大约是今天地球上的含量。

来自中新世早期的2200万年生物种的化石叶子是从埃塞俄比亚中部现代穆什河谷的古湖泊沉积物中收集而来的,现在这个岩石被称为页岩。当时的中新世早期气候比晚渐新世暖和,同样SMU研究发现较高的二氧化碳水平。大气中的碳含量大约是百万分之八百,是今天地球上的二倍。

SMU研究证实了晚渐新世和中新世早期二氧化碳与温度之间的关系。

古气候数据有助于预测我们地球未来的气候

虽然二氧化碳不是影响地球气候或全球平均气温的唯一因素,但科学家普遍认为二氧化碳是最重要的。人们对气候变化和全球变暖知之甚少,但问题依然存在。

“其中之一是'地球温度对二氧化碳浓度的敏感度是多少?它非常敏感吗?它不是那么敏感吗?“Jacobs说:”过去估计温度和二氧化碳浓度可以帮助找到这个问题的答案。 “一般来说,古气候方面的工作很多,但二氧化碳和温度之间的关系并不多。”

这一发现是一个重要的发现。

“在这段时间内,由于工业革命以来的二氧化碳浓度增加了一倍,这段时间内的温度变化量大约在我们下一个世纪的气候模型估计的温度变化范围内,”Jacobs说。

气候变化科学家Lauren Michel表示,随着新模式重申史前关系,科学家们现在可以看到相关的问题,他是该研究的博士后研究员。

“回答关于变化率的问题以及哪些因素会首先发生变化,最终将更清晰地了解地球的气候变化模式,”米歇尔说。 “我认为了解温室气体和气候因素在岩石记录中的关系是非常有价值的,这样我们就能更好地了解我们未来的期望,以及我们如何为此做好准备。”

SMU研究证实了以前方法忽略的关系

以前的研究发现晚渐新世和中新世早期的温度和二氧化碳之间几乎没有关系。这使古气候研究人员至少困惑了十年。

Tesfamichael说:“我们对这些保存完好的植物有很好的测试场景,这两个时间片都是我们知道的一个时间片,二氧化碳含量较高,全球气候温暖。”

“这是一个难题,为什么以前的方法没有发现任何关系,或反相关,”他说。 “我们认为这是因为缺乏合适的替代品 - 例如来自同一地区两个精确时期的化石叶子 - 这提供了可靠的答案。或者,模型本身可能需要改进。“

先前的研究使用与SMU研究不同的方法,尽管所有方法(代理)都包含有关活生物体以及它们如何与大气二氧化碳相互作用的某些方面。

一些研究依赖单细胞海洋化石与大气二氧化碳之间关系的生化模型,另一些则依赖于特定化石植物物种活亲属中观察到的气孔与大气二氧化碳浓度之间的关系。

“每种方法都有其假设,”Tesfamichael说。 “我们将会看到我们的结果是否能够继续使用我们使用的相同方法进一步研究这段时间。”

发布:Tekie Tesfamichael等人,“解决大气二氧化碳与全球温度之间”解耦“问题:[CO2] atm在整个加热期古近纪 - 近地层之间的重建,”地质学(2017)45(11):999- 1002; DOI:10.1130 / G39048.1

资料来源:南卫理公会大学的玛格丽特艾伦


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