留存在深層海水中的二氧化碳可能會影響全球氣候的變化。洞察海洋在過去氣候變遷中扮演的角色,有助於我們預測未來氣候的變化以及對其帶來的衝擊做萬全的準備。
美國科學家在《自然》期刊上提出報告顯示,他們發現了古氣候的證據:當全球氣溫下降,可能造成高緯度的海水分層(stratification)現象,並且將二氧化碳留存在深層海水中,使得大氣中的二氧化碳含量減少,增強全球冷卻效應。
在大約3000萬年前(第三紀中期),冰期再次出現。過去的研究指出,造成這次地表降溫的因素,除了地球的軌道變化減少地表接收的太陽輻射量之外,大氣中二氧化碳濃度下降可能帶來加成的效果,一般認為高緯度的海洋在此時扮演著舉足輕重的角色。
海洋中的浮遊植物吸收溶解在水中的二氧化碳進行光合作用,借著生物呼吸作用以及當生物死亡分解後,二氧化碳會被重新釋放到水層中,隻有少部分的生物糞粒或殘骸會沉入深海,使得二氧化碳轉化為其他形式的碳留存在深海中,增加海洋的總碳量。因此,海洋生物如同泵一樣,將碳從表層海水傳送到深海,再借著海水的垂直混合作用,將二氧化碳(也包含一些營養鹽)往上傳送並重返大氣。
科學家認為海水的密度分層會阻斷二氧化碳往上傳送的過程;海水的分層現象主要受溫度與鹽度控製,低緯度的海洋因表層溫暖的海水而產生分層作用,使密度隨深度增加,造成海水垂直對流不明顯。至於高緯度的海洋,由於表層溫度低,海水對流混合,使得現今高緯度海洋成為向上輸送二氧化碳的主要管道。
普林斯頓大學的Daniel M。sigman與同事,找到了支持在270萬年前高緯度海水分層的證據。他們分析取自北太平洋副極區(SubarcticNorth Pacific Ocean)與南極海的ODP(Ocean Drilling Program)鑽井岩心,比較兩處蛋白石質的微體生物化石累積量(biogenico palaccumulation)
及沉積物的氮同位素含量變化(代表營養鹽的多寡)。
結合兩項觀測,科學家認為生物化石累積量的減少,來自營養鹽的供應量下降,而營養鹽則受製於海水的分層。科學家認為造成冰河時期高緯度海水分層的原因,主要受到鹽度的控製:當溫度逼近冰點時,海水密度受到鹽度變化的影響會大於溫度變化。因此,在冰河時期容易因降水、蒸發多寡及海冰的消長,導致鹽度改變而造成海水分層,結果將使水層中二氧化碳無法重回大氣,造成大氣中的二氧化碳濃度下降。
Woods Hole海洋研究所的Roger Francois表示,這個研究其實過度簡化了造成全球冷卻的因素。然而它的確提供了一個簡單的機製,並貼切地說明了過去的一段氣候變遷。哲學家齊克果說:“表象如浮標,本質如魚鉤”,我們期待科學家在複雜的古氣候研究中,洞察海洋在過去氣候變遷扮演的角色,這將有助於預測未來氣候的變化,好讓我們為氣候變化可能帶來的衝擊做萬全的準備。