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科學研究
科研成果
我院博士生劉鵬等揭示地球早期沙塵對氣候的影響
發布日期:2020-09-09瀏覽次數:

北京大學大氣與海洋科學系博士生劉鵬與合作導師劉永崗、胡永云以及合作者在Nature Communications發表論文“Large influence of dust on the Precambrian climate”,揭示了地球早期沙塵的氣候輻射效應足以使全球地表溫度降低10°C左右。

他們的數值模擬表明,在陸地植被出現之前,大氣的沙塵含量可能是現代大氣中的10倍,如此多的沙塵,對太陽輻射具有強烈的散射作用,使得到達地表的太陽輻射減少,全球地表溫度降低10攝氏度左右。相比較而言,現代地球上的沙塵對全球地表溫度的影響小于0.5攝氏度。這說明沙塵的輻射效應在遠古氣候中非常重要,但通常都被忽略了。同時,大量的沙塵在海洋中沉降,為海洋生物提供了大量營養物質,促進海洋微生物生長;沙塵的沉降還有可能產生大面積的沉積層,為地質記錄的平臺型沉積提供了一種更為合理的解釋。

地球上的陸地植被在約5億年前才出現,在此之前,陸地上只有一些地衣、青苔類的植物,更早的時候只有一些微生物如藍藻。因此,植被對土壤的固定作用可能遠弱于現代地球,大部分地表的土壤都有可能被風卷起。而現代地球的陸地大部分(約70%)都被植被覆蓋,只有有限的荒漠地區可以起沙。在約21000年前較寒冷的末次盛冰期(LGM)中,由于植被減少、海平面下降和冰川運動產生更多的沙塵源,大氣中的沙塵含量比現代高約1倍(圖1)。在地表完全沒有植被的情況下,地質學家們普遍認為沙塵量應該很大,但其實沒有確鑿的觀測證據。本研究首次從模擬的角度提供了定量的證據。

圖1 模擬得到的前寒武(Precambrian)、工業革命前(Preindustrial)和末次盛冰期(LGM)的大氣沙塵含量。黑色實線表示的是各個時期的大陸輪廓。LGM的沙塵含量只是是數值模擬得到的一種可能分布。

在有些前寒武(5.4億年以前)地層中,比如美國蒙大拿州的Revett組中,??吹綁延^的薄層層狀沉積單元,可以綿延上百公里,沒有什么起伏(圖2)。之前大家認為它可能是由洪水的大范圍沖積(sheetflooding)而成,但是這些沉積單元中有很多很薄的層也可以不間斷地延伸幾十上百公里,用洪水沖積來解釋比較牽強。有人認為用沙塵的大規模沉降來解釋更合理,因為通常沙塵暴影響的空間范圍都遠遠大于洪水,本研究為后面這種解釋提供了很好的支持。

2 位于美國蒙大拿州的沉積(主要關注最下面的幾層),形成于約14.6億年前。圖片來自Winston(2016,doi: 10.1130/2016.2522(01))。

論文第一作者是北京大學大氣與海洋科學系的博士生劉鵬,通訊作者為劉永崗助理教授和胡永云教授,合作者包括清華大學的彭怡然副教授和博士生王明星,以及美國NCAR的CESM模式首席科學家Jean-Francois Lamarque。該項目受到國家自然科學基金委的資助。論文鏈接:https://rdcu.be/b6Mj8 

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