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[定期翻译] 【nature】地球险些遭遇大冰期

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发表于 2016-1-19 20:31 | 显示全部楼层 |阅读模式
我接下来可能会翻译一些nature和science上关于气候,大气,海洋方面的前沿研究的介绍性文章。这些文章不长但是一般都反映了某个研究热点。










Earth’s narrow escape from a big freeze


地球险些遭遇大冰期(from nature
Michel
Crucifix
    现在地球的高二氧化碳含量是否和人类十八世纪工业革命之后的碳排放相关是一个在接受广泛讨论的议题。有人曾经估计,大气中的二氧化碳含量在人类极早的田园时期是百万分之二百四十(240ppm),而不是工业革命开始之前的280ppm。在这本杂志的100页(指本期nature),Ganopolski et al.用新的模型指出,如果我们大气中的CO2含量继续维持在240ppm,人类可能会遭遇一次冰期。他们的研究指出,冰川的形成——即冰河期的开始,不可能发生在18世纪的CO2浓度下。
    第四期(Quaternary),按照习惯可以分为两个时期,一是从259万年前到一万两千年前的更新纪(Pleistocene),以及全新纪(Holocene),一直到我们现在。更新纪是有名的冰河时期并且有着全球广泛分布的冰川,当时的环境条件与现在十分相似。在全新纪,也就是最后一个间冰期,人类发明了农业,并且人类对于环境的影响以指数形式扩张。其中之一就是大气中不停上升的的CO2浓度,但是到什么程度人类排放造成的CO2浓度才能够影响气候呢?
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图1
    一项在2000年进行的基于模型的研究表明在工业革命发生之前的CO2浓度足够保证我们现在所处的间冰期持续超过50,000年(图1)。Ganopolski和他的同事研究发现这些早先的研究也预言了下一次冰川期(距今最多60000年),因为大气中的排放物的温室效应所以不能立刻到来。不仅如此,基于简单气候动力系统来预测下一次冰川时间概率得模型使用CO2浓度以及冰川的体积来校准模型。尽管这些不同的研究基于不同的模型和不同的假设,但他们还是大致的给出了下一次地球冰川期的时间,通过计算地球的轨道来预测未来北半球接收到的太阳辐射。
但是相较于之前的研究Ganopolski和他的同事的工作是一个进步,因为他们给出了一个预测下一次地球冰川期时间的简单的方程。研究人员发现,在他们的地球模型中(CLIMBER—2),地球的冰川期总是开始在当北半球夏至日时接收到的太阳辐射少于某一个值时。而这个值又于当时大气中的二氧化碳含量有着对数关系。他们因此可以写出一个方程来预测地球的冰期开始。
     为了得到方程,研究人员研究了在不同参数下的模式,这些模式的云的高度是不同的。这一过程得到了一系列模型版本,过去的冰期和间冰期的形式都可以在这一系列的模型中找到相同的版本,但是他们发现一些冰河期的气候数据在经过模型之后却表现为间冰期。作者因此在第11号和19号海洋模型上下了功夫,以及这些模型之后的情况(模型1),因为这些模型在开始时有着相似的参数却导出了不同的结果。通过这样所有数据的比对和研究之后,研究小组得出了他们的结论。
    因此研究者们得出了他们地球险些遭遇冰期的结论。这个时期地球不断上升的CO2浓度保护了地球没有进入新的冰期。作者得出地球的间冰期还将持续20000年,甚至更乐观50000年,只用地球上的二氧化碳浓度继续维持在18世纪的水平。
     但是自工业革命以来,大约5000亿吨CO2被排放进了大气。作者表示这么多的CO2可以保证地球直接跳过下一个冰期,并且,如果地球的CO2排放达到1000GTC1GTC=36亿吨),那么地球还将继续100000年不遭遇冰期。
这样长期的预测结果令人震惊,特别是考虑到这些二氧化碳只是几个世纪排放的,并且这些二氧化碳还会被海洋吸收。但是海洋中的碳酸钙可能会被溶解,因为海洋吸收CO2造成了海洋的酸性增强。但这一切需要时间。实际上大气中CO2的半衰期大约是35000年,因此这些人类排放的CO2还可能在大气中停留50000年甚至100000年,这足以阻止任何冰河期的发生。
    Ganopolski的研究方法被称之为是一种微扰的物理方法,这一方法意思保持其他参数不变而改变一个参数来研究气候的变化。但是没有模型是完美的,任何模型上的错误都不能用修改参数来避免。为了得到更好的结果,我们现在的研究重心应当放在那些还没有被定量化的气候变化过程。
     在这其中,上一个间冰期和冰河期时CO2浓度的变化是一个争论的焦点。比如说,我们不清楚泥炭地中藏匿的CO2的数量以及动力。更基础的说,我们不知道自然界的CO2是否与冰川期的到来有关,或者他们仅仅是因为冰川期时期高海拔地区冰川的积累而被影响了。尽管有这么多的不确定,Ganopolski和他的同事的主要理论还是成立的,这证明了人类的活动对地球的影响时间早已超出了任何人类社会的可预见未来。


原文在附件中

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