揭开碳酸钙的秘密，亚南极太平洋 14 万年的舞蹈
你知道吗？在海洋表面之下隐藏着一个广阔的世界，古老的秘密被锁在层层沉积物中。几个世纪以来，科学家们一直在深入研究这个水下档案，以发现有关地球过去的线索。其中一项发现揭示了一个关于我们星球气候和海洋之间微妙平衡的迷人故事。
在亚南极太平洋深处，研究人员发现了碳酸钙沉积的惊人模式，碳酸钙是贝壳和珊瑚礁中常见的矿物质。通过分析过去 14 万年的沉积物岩心，他们发现了地球的冰期和间冰期循环与这种矿物质的埋藏之间的直接联系。
在以温度较低为特征的冰期，CaCO3 埋藏极少甚至没有发生。相反，在以温度较高为特征的间冰期，CaCO3 埋藏速率显著上升。南大西洋的深海角盆地除外 ，广大区域的观测结果一致。
具体而言，在海洋同位素阶段(MIS) 5d和5b的较冷阶段以及MIS 5/4边界处发现了三次重要的碳酸钙( CaCO3)溶解事件，这些事件在智利边缘和德雷克海峡都有迹可循。CaCO3埋藏量表现出明显的波动，冰期（MIS 6、4、3和2）埋藏量最小，间冰期（MIS 5e和1）和早冰期（MIS 5d-a）埋藏量有所恢复。研究结果支持了南大洋碳酸盐补偿对于冰期/间冰期时间尺度上的碳循环的重要性。富含碳的太平洋深层水可能从亚南极东太平洋传播到南大西洋，影响冰期CaCO3的埋藏。
该研究强调了南大洋通过CaCO3埋藏和溶解过程在调节大气二氧化碳浓度方面的关键作用。
通过研究亚南极太平洋的沉积记录，科学家们打开了一扇了解地球过去的窗户。过去 14 万年中碳酸钙埋藏量的波动为了解气候、海洋环流和碳循环之间复杂的相互作用提供了宝贵的见解。
参考文献：Takuto Kasuya, Yusuke Okazaki, Shinya Iwasaki, Kana Nagashima, Katsunori Kimoto, Frank Lamy, Julia R. Hagemann, Lester Lembke-Jene, Helge W. Arz, Masafumi Murayama, Carina B. Lange & Naomi Harada ，Orbital timescale CaCO3 burial and dissolution changes off the Chilean margin in the subantarctic Pacific over the past 140 kyr. Progress in Earth and Planetary Science , DOI:10.1186/s40645-024-00657-4
一、什么是海洋同位素阶段？
海洋同位素阶段 (Marine Isotope Stages, MIS) 是根据海洋沉积物中的氧同位素比值变化来划分的地质年代，它们反映了地球气候历史中的冰期和间冰期的周期性变化。
- MIS 1：大约 11,700 年前至今，这个阶段是目前的全新世 (Holocene)，属于一个温暖的间冰期，气候相对稳定和温暖。
- MIS 2：大约 29,000 至 11,700 年前，这是最后的冰期，称为最晚冰期（Late Glacial Maximum, LGM）。这个时期，冰盖达到了最大扩展，气候寒冷干燥。
- MIS 3：大约 57,000 至 29,000 年前，这个阶段气候变化较多，包括多个较短暂的暖期和冷期。
- MIS 4：大约 71,000 至 57,000 年前，这是一个明显的冰期，气候寒冷，冰川扩展显著。
- MIS 5：大约 130,000 至 71,000 年前，这是一个温暖的间冰期，细分为多个子阶段：
- MIS 5e：大约 130,000 至 115,000 年前，最温暖的阶段。
- MIS 5d：大约 115,000 至 110,000 年前，较冷的阶段。
- MIS 5c：大约 110,000 至 105,000 年前，温暖阶段。
- MIS 5b：大约 105,000 至 90,000 年前，较冷的阶段。
- MIS 5a：大约 90,000 至 71,000 年前，相对温暖阶段。
MIS 6大约 191,000 至 130,000 年前。这是一个显著的冰期，气候寒冷，冰盖扩展广泛。
这些阶段通过分析海洋沉积物中的氧同位素比值 (通常是 18O/16O) 确定，对理解地球过去的气候变化和冰期-间冰期的转换机制非常重要。
二、冰期和间冰期如何影响CaCO3 的埋藏和溶解？
冰河期和间冰期对海洋中碳酸钙（CaCO3 ）的埋藏和溶解有重大影响。
在冰河时期，较低的温度和海洋吸收的二氧化碳增加导致CaCO3溶解程度更高。这一过程增加了海洋碱度，有助于从大气中封存二氧化碳。由于生物生产力下降和深水腐蚀，冰河时期CaCO3的埋藏率较低.这导致沉积在海底的CaCO3减少。
在间冰期，温度升高和生物生产力提高导致CaCO3埋藏增加。更多的CaCO3由海洋生物产生并沉积在海底。海洋温度升高和pH值升高会减少CaCO3的溶解，从而使更多的CaCO3保存在沉积物中。
CaCO3埋藏与溶解之间的平衡在调节大气CO2水平方面起着至关重要的作用在冰期，增加溶解有助于降低大气中的二氧化碳，而在间冰期，增加埋藏有助于封存二氧化碳。这些过程是长期碳循环的一部分，有助于调节冰期-间冰期循环中的地球气候。
三、思考
冰川期驱动CaCO3溶解的具体地球化学和生物机制是什么？这些机制在南大洋各区域有何不同？CaCO3埋藏/溶解与大气CO2水平之间的反馈机制是什么？这些反馈对于调节过去和未来的气候有多重要？
深水环流模式的变化，尤其是太平洋深水的影响，如何影响CaCO3的埋藏和溶解？我们能否模拟不同冰期/间冰期的这些变化？亚南极太平洋的生物生产力如何影响CaCO3埋藏速率？哪些因素控制着不同气候时期生产力的变化？
南大洋海冰的范围和变化如何影响CaCO3的埋藏和溶解？这对过去和未来的气候变化有何影响？
碳酸盐补偿深度（CCD）在不同冰期/间冰期旋回中如何变化？这些变化背后的驱动因素是什么？
这些有趣的问题旨在激发你的思考，助你更深入地理解，希望能为你带来新的启示和帮助~~~
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