CO 2含量的变化将如何影响大气从地面吸收热量.docx

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1、在地球两极附近的古老冰原中，积雪的致密层中夹杂着微小的气泡，提供了过去多年以来自然形成的空气档案，但这种档案不易阅读。四十年前，冰川学家罗伯特德尔马斯（RobertDe1mas）及其同事开发了一种可靠地测量气泡1中二氧化碳含量的技术。他们的工作为现代测量铺平了道路，表明大气中的CO2水平已经与地球的温度联系了数十万年。到19世纪末，瑞典科学家SVanteArrheniUS对地球冰河时代的成因产生了兴趣。通过计算，他估计了CO2含量的变化将如何影响大气从地面吸收热量的能力，而不是让其逸出太空。他认为，冰川期温度较低是由于这种吸收的减少2。这种温室理论是詹姆斯克罗尔（JameSCro1I）支持的理

2、论的替代方法，后者提出3认为，冰川周期是由于地球轨道的变化而产生的，而这种变化又被自然反馈（如积雪的变化）放大了。另一位科学家Mi1utinMi1ankovitch4通过观察地球运动的细微变化以及不同纬度下日照（入射阳光）的变化来完善了这个想法。他的轨道理论得到了海洋沉积物记录5的支持，这些沉积物的周期性类似于地球的轨道参数。因此，轨道理论被推广为冰河时代的起搏器，其各种反馈回路放大了日照的微小变化。在1960年代，从冰川深处钻出的冰芯中的空气夹杂物（图1）引起了人们对古代大气自然样本的兴趣。用时间6的研究人员的话说：“如果发现CO2浓度随时间变化，那么人们就有办法测试众所周知的温室气体气候变

3、化理论。”曾在1960年代和1970年代进行过尝试，以通过融化冰样提取的气体（“湿提取”）获得可靠的大气CO2记录。但是结果表明，无法解释的高浓度CO2有时是当今大气的十倍，并且散布在令人费解的各种值上。这个难题的答案来自对极地冰化学的研究。在法国格勒诺布尔，德尔马斯（DeImaS）正在研究酸雨，该酸雨正在摧毁北欧森林。他和他的学生Miche11egrand和Jean-MarcAscencio怀疑可能负责格陵兰岛的冰中记录了工业硫排放，因此开发了一种测量冰酸度的技术7,该技术对杂质异常敏感并避免了环境偏差。大气CO2。他们发现，即使没有火山活动或人类活动，冰中仍浮有浮游生物排放的含硫化合物产生

4、的硫酸。如果冰样品中含有碳尘，融化冰会使背景酸与碳酸盐反应。他们认为，这可能会在冰芯气泡分析中产生额外的CO2并混淆CO2的测量结果。为了验证他们的想法，De1mas及其同事建立了一种避免冰融化的干式提取系统-而是将冰在真空中于-40。C的容器中压碎。他们分析了来自两个南极冰芯（DomeC和D1O）的选定样本，这些冰芯中碳酸盐含量很少。对于过去10,000年的冰，他们发现CO2的水平可与当时的大气值相媲美（约300百万分之一；ppm）,并且具有良好的可重复性。对于大约20,000年前的最后一个冰川期沉积的冰，其含量要低得多，约为190ppm（图2a）,从而证实了阿雷尼乌斯的预测。在大约De1m

5、as等人的时间。一个瑞士小组开展了他们的工作，使用精炼版的湿法提取技术分析了冰芯，还提出8,在上一个冰川期CO2的水平被消耗掉了。但是干法技术由于其更高的可靠性和准确性而被广泛采用。因此，DeImaS和同事的论文为当今更广泛的气候和Co2浓度比较铺平了道路。1987年，对距南极沃斯托克站点2公里深的冰芯进行了干式分析，这是一个里程碑。这提供了160,000年9和11的温度和CO2记录，描绘了一个完整的气候周期，其中CO2的水平从温暖时期的290ppm到寒冷时期的190PPm变化，并与温度相关。在随后的几十年中，从扩展的VoStOk记录12到400,000年的时间里，证明了气候与CO2的相关性，

6、然后从另一个南极站点EPICADOmeC钻的冰回溯了800,000年13（图2b）。o因此，德尔马斯（De1maS）及其同事在几万年的开拓性工作中引发了研究，现在我们可以准确地记录数十年来冰河间气候循环中大气中CO2含量波动的情况。这种紧密的联系证明了过去80万年来气候与碳循环之间的紧密联系，并激发了气候科学家将其视为同一全球系统的一部分。对冰芯气泡的“干式”采样已有四十年的历史，这有助于我们对冰川-冰间循环的演替进行当前的了解。这些周期位于阿伦尼乌斯(Arrhenius)和克罗尔(Cro11)最初提出的建议之间,被视为轨道变化和温室气体的综合影响，并被一系列自然反馈所放大。由地球轨道和轴向振

7、荡(MiIankoVitCh周期)驱动的日射变化决定了冰川周期的时间。但是温室气体(主要是CO2)以及北部冰原的生长和后退，影响了吸收的阳光与逃逸回太空的能量之间的辐射平衡，从而驱动了变化的大小和形状。南极冰作为过去空气的自然采样器的可靠性已通过过去千年14中大气CO2含量的重建得到了证实，该覆盖率涵盖了工业化之前的CO2含量(280ppm),并且与直接排放时期有部分重叠进行了大气测量。应注意在从格陵兰，其中德尔马斯指出，风载含碳粉尘可能会导致冰的分析采取原位CO2生产15。对于南极冰，尤其是更远的内陆，情况并非如此。但是由于冰芯的外部总是被灰尘(来自处理，储存或大气)轻微污染，因此即使在分析南极样品时也需要进行干提取。最后但并非最不重要的一点是，我们知道当前的大气CO2水平（2018年为407PPm；请参阅古气候科学中最引人入胜的难题之一就是为什么气候周期的周期性发生了变化：海洋沉积物记录显示，气候在120万年前才经历了40,000年的循环，而在中更新世期间却变成了100,000年的循环。一百万年前的过渡。在正在进行的国际南极项目中可以看出DeImaS及其同事的遗产，这可能可以阐明这一点17。它被称为“超越EPICA最古老的冰块”，旨在通过向下钻探3公里来将冰记录扩展到150万年前，以调查当时的温室气体含量和气候。