全球变暖引发的海洋过程会掩埋大量的碳，使地球进入冰河时代。图片来源：Shutterstock

如果持续变暖，地球会经历什么？一项日前发表于《科学》的研究指出，随着气候变暖，富含养分的径流会使浮游生物大量繁殖，将大量碳埋藏在海洋中。在低氧条件下，这一过程可能失控，使地球进入冰河时代。

几十年来，科学家一直认为地球气候由岩石风化驱动的一个缓慢自然过程所调节。该机制被视为一种稳定的力量，可防止温度大幅偏移。在该过程中，雨水从大气中吸收二氧化碳（CO2），当水与岩石，尤其是花岗岩等硅酸盐岩石相互作用时，后者会逐渐分解。溶解的物质和被捕集的CO2会一起进入海洋，在那里，碳进一步与岩石释放的钙结合，形成贝壳和石灰岩礁。这些物质沉积在海底，将碳固定数亿年，并使大气中的CO2含量逐渐减少。

“随着地球变热，岩石风化加快，从而吸收了更多CO2，使地球再次冷却。”论文作者、美国加利福尼亚大学河滨分校的Andy Ridgwell说。

然而，地质记录却讲述了一个更为戏剧性的故事。有证据表明，在地球最早的冰河时期，冰雪几乎覆盖了整个地球。研究人员认为，这种冻结程度无法仅用一个依靠自我微调的气候系统来解释。

这一认识促使团队寻找一种打破气候平衡并促使其走向极端的额外过程。

该研究揭示了碳在海洋中的埋藏方式。随着温度升高与大气CO2增加，降雨将更多养分（如磷）带入海洋。这些营养物质会刺激浮游生物生长。它们能够通过光合作用吸收CO2。浮游生物死亡后会沉入海底，带走捕获的碳。这一过程能够从大气中移除碳，并储存在海洋沉积物中。

但在温暖条件下，这一系统会发生变化。浮游生物的增加会降低海洋中的氧气水平。氧气减少时，磷更容易被重新释放回水中。这种磷循环进一步促进浮游生物生长，其腐烂后会进一步消耗氧气，并维持养分循环。随着这个循环的持续，大量碳被埋藏，全球气温开始下降。

这种反馈并不会温和地稳定地球温度，计算机模拟显示，这种效应强烈到足以引发冰河时代。Ridgwell将这一过程比作制冷系统的过劳。“夏天时，恒温器设定在26℃左右。当白天室外气温上升时，空调会带走室内多余的热量，直到室温降至26℃，然后停止工作。”Ridgwell解释，地球的气候控制并没有失灵。相反，它可能会反应不均匀，就像恒温器离空调太远一样。

研究指出，地球古代大气中氧气含量较低，导致气候控制不稳定。这有助于解释为何早期冰河时代几乎“统治”了整个地球。

如今，大气中的氧气含量要高得多。随着人类活动持续增加大气CO2，地球在短期内会持续变暖。模型表明，最终会出现降温反弹。然而，未来的降温可能不会那么极端，因为更高的氧气水平会削弱海洋中营养物质反馈的强度。

“就像是把恒温器放得更靠近空调。”Ridgwell补充道，即便如此，这种影响可能足以导致下一个冰河时代提前到来。

“归根结底，我们现在需要专注于如何限制地球持续变暖。无论地球最终会以多么不稳定的方式冷却下来，都不会快到允许我们在有生之年摆脱全球变暖困境。”Ridgwell说。

相关论文信息：https://doi.org/10.1126/science.adh7730