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冰河期大氣中二氧化碳濃度為何比較低？ 關鍵證據找到了
編譯：嚴融怡（胡適國小創思組科任教師）
這張圖片當中左邊的雞尾酒杯和右邊的雞尾酒杯有什麼不同呢？其實左、右兩邊分別代表現代的海洋以及大約19,000年前最後一次冰河期的海洋。
自從科學家首次確定冰河時期的大氣中二氧化碳遠低於暖期以來，他們一直在尋找對這項觀點理論的各項原因和證據，並認為其可能和海洋環流、海冰、含鐵塵埃或溫度有關。但是，一直都沒有一個電腦模型能夠依據現有證據的計算，來解釋為什麼在冰河時代穩定下來後，二氧化碳的含量會降低多達1/3。
6月間發表在《科學進展》（Science Advances）期刊的一項新研究解決上述問題，提供了令人信服的證據──將海水溫度變化與南半球各大陸塵埃中鐵的變動相互組合。
奧勒岡州立大學（Oregon State University）科學家安德雷亞斯‧斯密特納（Andreas Schmittner）表示，「過去許多分析海洋溫度的研究都假設海洋溫度在整個地球上以相同的速度降溫，大約為攝氏2.5度。但是當這次運行模型時，發現溫度因子僅佔大氣二氧化碳減少的一小部分。」
「我們現今知道，某些地區的海洋降溫其實比其他區域多很多，中緯度地區甚至可以一次降低攝氏5度。由於冷水具有較高的二氧化碳溶解度，因此它有可能從大氣當中吸收更多的碳，比過去研究推估得要多很多，這方面作用的潛力也更大。」
施密特納和他的團隊估計，在最後一次冰川最大期（即最後一個冰河時代的高峰）期間， 海洋溫度較低會導致二氧化碳下降一半左右。 而另外三分之一左右，則可能源自於各大洲的灰塵所負載的鐵增多並「施肥」了南大洋表層所造成的。 鐵的增加將促進浮游植物的生產，吸收更多的碳並將其沉積在海洋深處。
研究人員的模型表明，這種組合佔上次冰河時期大氣二氧化碳減少量的3/4以上。 在最後一次冰期最高峰時期，二氧化碳含量約為180ppm，而在公元1800年（即工業革命之前）的二氧化碳含量約為280ppm。
施密特納說，剩餘的還原碳量可能歸因於養分利用率和／或海洋鹼度的變化。
施密特納表示：「鐵的增加很可能是由於冰層洗滌、沖刷了巴塔哥尼亞、澳大利亞和紐西蘭的地貌，將鐵從岩石和土壤當中抽出來。由於冰河時期天氣非常寒冷乾燥，鐵原本會被風吹走並沉積在海洋當中。」「我們的全球海洋三維模型與從最後一次冰川最大期開始的海洋沉積物的觀測非常吻合，這使我們對結果有高度的信心。」
研究人員說，當地球在上一個冰河時代降溫時，海洋自然也降溫，極地附近地區除外，極地地區已經變得極冷，無需凍結。 在溫暖期，高緯度和中緯度之間的海洋表面溫度差異很大。
隨著更溫暖的水流向南極洲開始冷卻，損失的熱量進入大氣，增加了海洋吸收二氧化碳的潛力。
施密特納表示：「這就像當您從冰箱中取出啤酒時一樣。當變暖時，氣泡就會冒出來。二氧化碳是一種氣體，它可以溶於水，也可以從大氣中進入海洋，並且更溶於冷水。但是這個過程需要一段時間，因此在充滿大量深海的南極洲周圍水域中，海洋並沒有發揮出吸收二氧化碳的全部潛力。」
當中緯度海洋開始變冷時，它們開始從大氣中吸收更多的二氧化碳 ，而由於較冷的水更容易溶解二氧化碳 ，因此排放量減少。「這是一個完美的組合，幾乎可以完全解釋為什麼在冰河時期二氧化碳的含量會降低約1/3。」施密特納解釋。
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參考資料
- Solving the mystery of why atmospheric carbon dioxide was lower during ice ages
- S. Khatiwala et al. Air-sea disequilibrium enhances ocean carbon storage during glacial periods, Science Advances (2019). DOI: 10.1126/sciadv.aaw4981
※ 轉載自作者經營的「週遭的海洋-The Sea Around Us」專頁
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