關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮訂閱我們的獲獎新聞報道以支援我們。 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
二氧化碳水平正在攀升，接近工業化前大氣中 280 百萬分比濃度 (ppm) 的兩倍，這提出了一個問題：這種溫室氣體負荷的增加將對氣候產生什麼影響？ 如果二氧化碳水平的相對較小變化會產生重大影響——意味著我們生活在一個更敏感的氣候系統中——那麼地球的平均氣溫可能會升高 6 攝氏度，並伴隨出現諸如天氣模式改變和海平面上升等結果。一個不那麼敏感的氣候系統將意味著平均升溫低於 2 攝氏度，因此全球變暖的影響也會減少。
人類文明現在正在進行一項實驗（而且沒有對照），這將最終確定答案。 然而，科學家們也意識到歷史可以作為指導：本週發表在《科學》雜誌上的兩篇新論文分別研究了在石筍中儲存的歷史記錄和微觀貝殼，以提供一些線索。
加州大學洛杉磯分校地球和空間科學系的地球科學家阿拉德納·特里帕蒂及其同事從埋藏在海洋泥漿和岩石柱中的名為有孔蟲的微小生物的貝殼中提取了過去 2000 萬年大氣中二氧化碳濃度的記錄。 這些微觀動物利用海水中的礦物質建造碳酸鈣外殼，這一過程會受到水相對 pH 值（酸度）的影響，而 pH 值又受到大氣中二氧化碳水平的控制。 大氣中二氧化碳含量越高，意味著海洋的酸性越強。
“我們選擇分析的兩種物種[Globigerinoides ruber 和 G. sacculifer]都是現在仍然存在的物種，而且這些活著的動物實際上都有光合作用藻類作為共生體，這意味著它們生活在表層海洋中，因為藻類需要陽光才能生存，”特里帕蒂解釋說。 這意味著它們的貝殼的化石記錄將揭示表層水域的相對酸度，以及硼與鈣的比例以及硼本身的特定化學特徵。“當海水酸性更強時，就會有更少的硼被納入碳酸鈣貝殼中，”她補充道。
研究人員首先將綜合海洋鑽探計劃遠征隊在西太平洋熱帶地區獲得的這份化石記錄，與來自南極冰芯中捕獲的氣泡的現有記錄相匹配，後者可追溯到 80 萬年前，保留了過去大氣成分的精確記錄。 從而確信該技術的準確性後，他們深入研究了地質時間。
“現代二氧化碳水平上次達到大約是在 1500 萬年前，”特里帕蒂說，當時海平面至少高出 25 米，平均氣溫至少高出 3 攝氏度。“在中新世時期，即地球歷史上二氧化碳水平維持在與今天相似的值 [330 至 500 ppm] 的 [時代]，地球要溫暖得多，海平面更高，兩極冰量大幅減少，降雨分佈也大相徑庭。”
此外，“在過去 2000 萬年中，二氧化碳水平從未像現在這樣迅速上升，”特里帕蒂補充道；在過去的 200 年中，二氧化碳濃度已從 280 ppm 攀升至 387 ppm。 而且“我們的工作表明，二氧化碳水平在 100 至 200 百萬分比的適度變化與重大的氣候轉變和溫度的大幅變化有關”，這表明氣候非常敏感。
在中國湖北省三寶和林竹洞穴中的石筍中儲存的近 40 萬年冰河時代過渡時期的記錄似乎為敏感氣候情景提供了證據。 這些石筍由從滴水中滲出的碳酸鈣組成，透過它們的成分儲存了該地區季風降雨的記錄。 明尼蘇達大學的古氣候學家程海及其同事隨後將這一記錄與氣候轉變（例如進入和退出冰河時代）進行了比較。
岩石記錄顯示，由於地球軌道週期性變化（被稱為米蘭科維奇週期），這種降雨變化與照射到地球的太陽光相對強度的總體變化同時發生。 根據《科學》雜誌上發表的季風記錄，在太陽熱量增加的同時，二氧化碳水平也開始上升。
“氣候系統在全球範圍內緊密相連，例如海平面、二氧化碳、冰蓋、亞洲季風、區域溫度和降水，”程說。 “因此，其中一個的變化可能會引發其他變化。” 這可能意味著氣候過於敏感，無法在不改變過去 1 萬年來允許人類文明繁榮的條件的情況下容忍當前的二氧化碳水平。