铊迹古海底：11000年前的氧气密码，揭示了全球变暖未来

近日，“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编读到了发表在《科学进展》（Science Advances）期刊上的一项最新研究，由杜兰大学领导的科学家团队通过分析深埋在海底沉积物中的金属铊同位素，揭示了在过去的冰河时期，全球海洋氧气水平与大气中二氧化碳之间存在显著关联。研究发现，随着气候从冰河时期过渡到更温暖的时期，海洋通过释放深海中储存的碳来调整大气中的CO2。这一过程在南大洋起到了关键作用。通过铊同位素的分析，成功地进行了全球范围内的溶解氧重建。这项研究的主要意义在于提供了关于过去冰河-间冰河时期全球海洋氧气变化的平均图景，为改善对海洋碳循环如何响应全球变暖的预测提供了重要线索。这对于了解南大洋对未来大气CO2的动态影响具有重要意义，尤其是考虑到高纬度地区对人为气候变化的敏感性，这项研究为我们理解和应对气候变化提供了有益的见解。为助力全球环境治理、并供我国学者了解最新研究动态信息，编译分享信息如下，供感兴趣的读者们参阅。
针对铊迹古海底的研究发现

2024年1月19日，由杜兰大学海洋学家领导的科学家团队发现，深埋在海底下的沉积物揭示了一种测量海洋氧气水平及其与地球大气中二氧化碳的关系的方法，这发生在超过11,000年前的最后一个冰河时期。

这项发现有助于解释过去冰川融化周期中海洋起到的作用，并可以改善对海洋碳循环如何响应全球变暖的预测。

在冰河时期过渡到更暖和气候的过程中，海洋通过释放存储在深海中的碳来调整大气中的CO2。研究表明，全球海洋氧气含量与冰河时期至今的大气CO2之间存在显著的相关性，以及深海碳释放可能随着气候变暖而增加。

领导这项研究的杜兰大学科学与工程学院地球与环境科学助理教授、首席研究员王怡表示：“研究揭示了南大洋在控制全球海洋氧气储备和碳储存方面的重要作用。”

王怡与来自伍兹霍尔海洋研究所的同事合作进行了这项研究，这是全球领先的致力于海洋研究、探索和教育的独立非营利组织。她在2023年加入杜兰之前曾在该研究所工作。

该团队分析了从阿拉伯海收集的海底沉积物，以重建数千年前的全球平均海洋氧气水平。他们精确测量了沉积物中被困的金属铊的同位素，这些同位素表明当时全球海洋中溶解的氧气量。

王怡说：“以前从未研究过这些金属同位素在冰河-间冰河过渡期的变化，而这些测量让我们基本上能够重新创建过去。”

铊同位素比率显示，与当前更温暖的间冰河期相比，全球海洋在上一个冰河时期中，整体地失去了氧气。他们的研究揭示了在北半球突然变暖期间，全球海洋出现了数千年的氧气丧失，而在从上一个冰河时期过渡到今天的期间，当突然降温发生时，海洋获得了更多氧气。研究人员将观察到的海洋氧气变化归因于南大洋的过程。

该项研究的合著者、伍兹霍尔海洋研究所的副科学家Sune Nielsen表示：“这项研究首次呈现了全球海洋氧含量在地球从上一个冰河时期过渡到过去1万年温暖气候中的演变的平均图景。这些新数据非常重要，因为它们显示南大洋在调节大气CO2方面起到了至关重要的作用。鉴于高纬度地区是受人类气候变化影响最大的地区，这也令人担忧，因为它们在首次对大气CO2产生了过大的影响。”

感兴趣的读者可以参看该研究的全文：Yi Wang, Kassandra M. Costa, Wanyi Lu, Sophia K. V. Hines, Sune G. Nielsen. Global oceanic oxygenation controlled by the Southern Ocean through the last deglaciation. Science Advances, 2024; 10 (3) DOI: 10.1126/sciadv.adk2506

上图：南极冰川。摄影：Joys ©绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）

铊元素的作用

【氧气的深海铊印记：南大洋主导气候变迁】
铊（Thallium）是一种化学元素，属于周期表第13族元素，化学符号为Tl。它是一种稀有、有毒的金属，具有银白色外观。铊在工业和科学研究中有一些特殊的应用，其中包括核医学、光电子学和一些实验室分析。

在这项研究中，科学家使用铊的同位素（不同质量数但具有相同原子序数的元素）来进行分析。同位素的特性使得它们在地质和气候研究中成为有用的工具，因为它们可以提供关于过去环境条件的信息。

具体来说，该研究团队分析了从阿拉伯海收集的海底沉积物中的铊同位素，以精确测量沉积物形成时全球海洋中溶解的氧气量。这种方法可以帮助科学家还原过去数千年间全球海洋氧气水平的变化。铊同位素在这项研究中充当了一种工具——铊的选择，是因为其同位素在沉积物中的存在可以提供关于海洋氧气含量历史的线索，从而能帮助理解过去冰河时期和现在的气候条件之间的关系。这种方法，为研究全球变暖对海洋碳循环的影响提供了新的洞察力。

【思考题】学而时习之

Q1: 冰河时期全球海洋失去氧气的现象与当前暖化时期相比，究竟有多大的差异？科学家通过对阿拉伯海海底沉积物的分析得出了这一结论，你认为这种方法对于了解氧气变化的精确性有何影响？

Q2：研究发现南大洋在控制全球海洋氧气和碳储存方面扮演着重要角色。根据这项研究，南大洋的影响对未来大气中CO2的动态变化有何重要启示？这是否与人类活动引起的气候变化有关？

Q3：通过分析冰河-间冰河过渡期的金属铊同位素，科学家成功地重新创建了过去数千年的全球平均海洋氧气水平。这种方法在气候研究中有哪些潜在的应用价值？它是否能够帮助我们更准确地预测未来气候变化？

Q4:这个研究里面提到，北半球突然变暖期间，全球海洋出现了数千年的氧气丧失；而在过去冰河时期到今天的过渡期，当发生突然降温时，海洋却获得了更多氧气。这种海洋氧气的动态变化是否与地球气候系统的其他方面有关？这对我们理解和应对当前气候变化有何启示？

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来源 | 杜兰大学官网发布、Phys.org

编译 | Wendy

审核 |绿茵

排版 | Moretti

【本文参考资料】

杜兰大学：研究称冰河时期有助于预测海洋对全球变暖的反应

https://news.tulane.edu/news/study-says-ice-age-could-help-predict-oceans-response-global-warming

https://www.sciencedaily.com/releases/2024/01/240121192140.htm