长期以来，人为造成的全球变暖一直被认为是一个相对简单的因果链:人类通过燃烧化石燃料破坏了碳循环，从而增加了大气中的二氧化碳浓度，进而导致全球气温升高。“然而，越来越明显的是，这并不是故事的结局。世界各地的森林火灾越来越频繁，向大气中释放了更多的二氧化碳，进一步加剧了全球变暖，而全球变暖正是增加森林火灾风险的首要原因。不莱梅大学马卢姆海洋环境科学中心的博士后研究员David De Vleeschouwer强调说:“这是气候科学家所谓的积极反馈机制的典型例子。”

 

为了揭示这种自然环境下的气候-碳循环反馈机制，David De Vleeschouwer和他的同事们利用了深海沉积物岩心的同位素数据。“其中一些岩心含有高达3500万年的沉积物。尽管它们的年龄相当大，但这些沉积物带有所谓的米兰科维?周期。Milankovi吗?周期与地球轨道形状(偏心)的节律性变化有关， 杏耀娱乐防劫持教学，稳定杏耀也与地球旋转轴的倾斜(倾角)和方向(进动)有关。就像一个天文时钟，米兰科维?周期产生了地球上太阳日照分布的变化，因此引发了有节奏的气候变化，”David De Vleeschouwer解释说。“我们观察了沉积物中微化石的碳和氧同位素组成，并首先使用偏心度、倾角和岁差作为地质计时计。然后，我们应用统计学方法来确定一个同位素系统的变化是否会导致另一个同位素系统的滞后变化。”

 

他的同事Maximilian Vahlenkamp补充道:“当两种同位素体系的共同模式在碳体系中出现的比氧体系早一点时，我们就称其为碳同位素铅。然后我们推断，碳循环在沉积物沉积时对气候系统施加了控制。”古气候学家和古海洋学家经常使用碳同位素作为碳循环扰动的指标，而氧同位素作为全球气候状态变化的代理。这些深海微化石的同位素组成的变化可能表明，例如，陆地植物和土壤增加了大陆的碳储存，或者随着冰盖的增加全球变冷。

 

“对碳循环和气候之间的先导和滞后的系统和时间连续分析构成了本研究的创新性。我们的方法允许以高分辨率对过去3500万年的地球历史进行排序。“我们的研究表明，过去的3500万年可以被细分为三个区间，每个区间都有其特定的气候-碳循环方式。”平均而言，作者发现氧同位素与铅碳同位素存在差异。这意味着，在自然条件下，气候变化在很大程度上调节着全球碳循环动态。然而，研究小组关注的是相反情况下的时间。事实上，De Vleeschouwer和他的同事们发现了一些古代的例子，在这些例子中，碳循环推动气候变化的时间跨度约为10万年，就像现在在更短的时间跨度内的情况一样——“但是当然没有人类的干预，”他们说。

 

在最古老的时期，3500万至2600万年前，主要是在气候稳定时期，碳循环主导了气候变化。“地质记录中的气候稳定期往往有天文原因。当地球绕太阳的轨道接近一个完美的圆时，季节性日照极限被截断，更稳定的气候被强制执行，”David De Vleeschouwer解释道。“在3500万到2600万年前，这样的天文结构对南极冰盖的时间扩张是有利的。我们认为，在这种情况下，冰川侵蚀的强度和随后的岩石风化增加。这一点很重要，因为硅酸盐岩石的风化作用会将大气中的二氧化碳带走，从而最终控制温室效应。”

 

但大约在2600万年前，这种做法发生了根本的变化。在气候变化而不是稳定时期，碳循环控制了气候。“我们认为这种变化可以追溯到喜马拉雅山脉的隆升和季风主导的气候状态。当季节性日照极端通过地球偏心轨道被放大时，季风就会变得非常强烈。更强的季风导致了更多的化学风化，大气中的二氧化碳被移除，杏耀从而形成了对气候的碳循环控制。”+

作者提出的机制不仅解释了观察到的碳和氧同位素模式，也为气候系统和碳循环如何随时间相互作用提供了新思路。De Vleeschouwer说:“一些假设需要进一步用数值气候和碳循环模型来验证，但是这项工作中提出的过程层面的理解是重要的，因为它提供了一窥我们的星球在边界条件下的运行机制，这种边界条件与今天的完全不同。”此外，这项工作还提供了一些情景，当气候-碳循环模型被推到过去地质的极端情景时，这些情景可以用来评估它们的能力。