作者:普林斯顿大学的丽兹·富勒·赖特 这种硅藻是一种浮游藻类，在南极海洋中非常丰富，是普林斯顿大学和马克斯·普朗克化学研究所收集的研究样本中的主要物种
这些微生物生活在海面附近，然后死亡并沉入海底
它们外壳中的氮同位素随着地表水中未使用的氮的数量而变化
研究人员用它来追踪过去15万年南极表层水的氮浓度，涵盖了两个冰川期和两个温暖的间冰期
荣誉:菲利普·阿斯米(挪威极地研究所)和玛丽娜·蒙特塞拉(安东·多恩动物园) 地球历史的最后100万年以频繁的“冰川间冰期循环”为特征，这是一种与巨大的、横跨大陆的冰盖的增长和收缩相关的气候大波动
这些周期是由地球轨道和自转的微妙振荡触发的，但是轨道振荡太微妙了，无法解释气候的巨大变化
“冰河时期的原因是地球科学中尚未解决的重大问题之一，”丹尼尔·西格曼说，他是杜森伯里地质和地球物理科学教授
“解释这种主要的气候现象将提高我们预测未来气候变化的能力
" 20世纪70年代，科学家发现，在冰河时期，大气中的温室气体二氧化碳(CO2)的浓度要低30%
这促使理论认为大气CO2水平的降低是冰川周期的一个关键因素，但CO2变化的原因仍然未知
一些数据表明，在冰河时期，二氧化碳被捕获在深海中，但其原因仍有争议
现在，由普林斯顿大学和马克斯·普朗克化学研究所(MPIC)的科学家领导的一项国际合作发现了证据，表明在冰河时期，南极海洋表层水的变化在深海储存了更多的二氧化碳
利用南极海洋的沉积物岩心，研究人员生成了硅藻化石中捕获的有机物化学成分的详细记录。硅藻是一种漂浮的藻类，生长在地表水中，然后死亡并沉入海底
他们的测量结果为冰河时期南极海洋风力上升流的系统性减少提供了证据
这项研究发表在最新一期的《科学》杂志上
几十年来，研究人员已经知道，海藻的生长和下沉将二氧化碳泵入海洋深处，这个过程通常被称为“生物泵”
“生物泵主要由热带、亚热带和温带海洋驱动，在靠近两极的地方效率很低，在那里，二氧化碳通过深水快速暴露于地表而排放回大气
最大的罪魁祸首是南极海洋:环绕南极大陆的强劲东风将富含二氧化碳的深水带到了地表，将二氧化碳“泄漏”到大气中
几十年来，人们已经认识到，风驱动的上升流的减少有可能使更多的二氧化碳留在海洋中，从而解释冰河时期大气中二氧化碳的减少
然而，直到现在，科学家们还缺乏一种方法来明确地测试这种变化
普林斯顿大学和MPIC大学的合作开发了这样一种方法，使用微小的硅藻
硅藻是漂浮的藻类，在南极表层水中大量生长，它们的二氧化硅壳在深海沉积物中积累
硅藻壳中的氮同位素随着地表水中未使用的氮的数量而变化
普林斯顿-MPIC团队测量了这些化石矿物壁中捕获的微量有机物的氮同位素比率，揭示了过去15万年南极表层水氮浓度的演变，涵盖了两个冰河期和两个温暖的间冰期
该项研究的第一作者、普林斯顿大学研究生艾伦·艾说:“对硅藻等化石中的氮同位素进行分析，可以揭示过去地表的氮浓度。”艾伦和西格曼以及MPIC的阿尔弗雷多·马丁内斯-加西亚和杰拉尔德·豪格小组一起工作
“深水中含有藻类赖以生存的高浓度氮
南极上升流越多，地表水中的氮浓度就越高
所以我们的结果也让我们重建了南极上升流的变化
" 这种硅藻是一种浮游藻类，在南极海洋中非常丰富，是普林斯顿大学和马克斯·普朗克化学研究所为研究收集的样本中的主要物种
这些微生物生活在海面附近，然后死亡并沉入海底
它们外壳中的氮同位素随着地表水中未使用的氮的数量而变化
研究人员用它来追踪过去15万年南极表层水的氮浓度，涵盖了两个冰川期和两个温暖的间冰期
学分:(三)阿尔弗雷德·魏格纳学院迈克尔·克劳斯特 一种测定南极沉积物年代的新方法使得这些数据更加有力
在沉积物岩芯中重建了地表水温度变化，并与南极冰芯气温记录进行了比较
“这使我们能够将硅藻氮记录中的许多特征与全球同时发生的气候和海洋变化联系起来，”马丁内斯-加西亚说
“特别是，我们现在能够确定上升流下降的时间，当气候开始变冷的时候，并且能够将南极的上升流变化与冰河时期的快速气候波动联系起来
" 这种更精确的时间安排让研究人员认识到风是上升流变化的关键驱动力
新的发现也让研究人员解开了南极上升流和大气CO2的变化是如何与冰川周期的轨道触发因素联系在一起的，这让科学家们离冰川期起源的完整理论更近了一步
西格曼说:“我们的发现表明，上升流驱动的大气CO2变化是周期的核心，但并不总是像我们许多人假设的那样。”
“例如，南极上升流并没有加速进入冰河时代，而是导致了二氧化碳的变化，延长了最温暖的气候
" 他们的发现对预测海洋将如何应对全球变暖也有影响
关于极地风对气候变化的敏感性，计算机模型得出了模糊的结果
研究人员观察到，在过去的温暖时期，南极海洋由风驱动的上升流显著增强，这表明在全球变暖的情况下，海平面上升也会增强
更强的南极上升流可能会加速海洋从持续的全球变暖中吸收热量，同时还会影响南极海洋和南极冰层的生物条件
艾说:“新的发现表明南极洲周围的大气和海洋在未来的一个世纪将会发生巨大的变化。”
“然而，因为化石燃料燃烧产生的二氧化碳是当代独有的，所以需要做更多的工作来了解南极海洋的变化将如何影响海洋吸收这种二氧化碳的速度
" “南大洋上升流、地球倾角和冰川间冰期大气CO2变化”，作者:徐苑·艾伦·艾
丹尼尔·斯图德
西格曼、阿尔弗雷多·马丁内斯-加西亚、弗朗索瓦·弗里皮亚特、莱娜·米
Thö le，Elisabeth Michel，Julia Gottschalk，Laura Arnold，Simone Moretti，Mareike Schmitt，Sergey Oleynik，Samuel L
雅克卡和杰拉尔德·H
豪格出现在12月
11期《科学》
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