海洋化学变化揭示了海平面如何影响全球碳循环

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据外媒报道，对海洋沉积物中锶同位素的新分析使科学家能够重建过去3500万年中与气候条件变化有关的海洋化学波动。该结果于3月26日发表在《科学》杂志上，为了解全球碳循环的内部运作提供了新的见解，特别是通过碳酸盐的沉积从环境中清除碳的过程。

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“锶与钙非常相似，所以它被纳入海洋生物的碳酸钙壳中，”研究主要作者Adina Paytan解释说，他是加州大学圣克鲁斯分校海洋科学研究所的研究教授。

Paytan和她的合作者研究了不同的锶同位素的比例，包括放射性同位素（由放射性衰变产生）和稳定同位素，它们提供了有关地球化学过程的补充信息。他们发现，在过去的3500万年里，海洋中锶的稳定同位素比值发生了很大的变化，而且至今仍在变化，这意味着海水中锶的浓度有很大的变化。

“这不是一个稳定的状态，所以进入海洋的东西和离开的东西并不匹配，”Paytan说。“海水中的锶成分会发生变化，这取决于碳酸盐沉积的方式和地点，而这是受海平面和气候变化的影响。”

本研究分析的锶同位素比值的波动反映了地质过程全球平衡变化的综合效应，包括陆地岩石的风化、热液活动以及深海和浅海、近岸海洋环境中碳酸盐沉积物的形成。

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在公海中，碳酸盐沉积来自于海洋浮游生物，如颗石藻和有孔虫，它们用碳酸钙矿物方解石建造外壳。在大陆架的浅水区，硬珊瑚的数量更多，它们的骨架由另一种碳酸钙矿物文石构建，文石比方解石融入了更多的锶。

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“当珊瑚形成时，它们会去除锶，当它们暴露在外面时，这些锶会被冲走，回到海洋中，”Paytan说。“随着海平面的变化，珊瑚生长的大陆架或多或少都会暴露出来，所以这会影响海水中的锶成分。”

碳酸盐沉积也会反馈到气候系统中，因为海洋从大气中吸收二氧化碳，而地质时间尺度上的碳酸盐沉积会从系统中清除碳。全球碳循环和大气中的二氧化碳与气候变化紧密结合，无论是在长期还是在近期冰期周期的反复起伏中。

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“我们现在可以从稳定的锶同位素中读取的新型信息，使我们能够仔细观察全球碳循环的业务端，当碳从环境中移除并奠定到海洋碳酸盐床中时，”研究共同作者，加州大学圣克鲁兹分校的地球和行星科学助理教授Mathis Hain说。

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“这些发现抛出了一个新的窗口，让我们看到全球碳循环是如何通过地质时间来调整海平面和气候变化的，”他补充道。“我们将需要这些见解来指导我们应对当前的气候紧急情况，并减轻海洋酸化的最坏影响。”

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研究人员能够根据对从深海沉积物岩芯中提取的海洋重晶石的分析，重建一个强大而详细的海水中锶同位素变化记录。

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“这样的记录对于理解我们的地球在地质时期如何运作至关重要，”俄亥俄州立大学的共同作者Elizabeth Griffith说。“我们的国际团队共同努力，既创造了这一独特的记录，又通过数学建模解释了它的重要性，因此我们可以重建过去气候条件不同时的变化。希望能够深入了解我们这颗蓝色星球在未来可能如何运作。”

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