一个4000万年前的尘埃层可以帮助预测季风的变化

时间:2020-02-14 18:59 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

一个4000万年前的尘埃层可以帮助预测季风的变化

科学家们发现了一层被认为是首次穿越西藏东北部的冬季季风留下的细微尘埃,揭示了亚洲大部分夏季为水覆盖、冬季为干的伟大天气现象可能已经开始的时刻。

约4000万年前吹来的沙尘,与今天冬季季风带来的沙尘来自同一个地方。在此之前没有任何发现,但从那以后尘埃就一直沉积下来。

季风为世界上一半的人口提供了水,尽管最强大的是南亚季风,但它遍布热带和亚热带地区。当夏天的热量增加时,凉爽、潮湿的空气从海洋中飘进来,变暖并上升,当温度下降时,空气中的热量就会释放出来。在冬天,相反的情况发生了,从北极吹来的冰川风把灰尘吹到亚洲和周围的海洋。

但是人们对季风的了解仍然很少,今天的气候模型对大气中增加的二氧化碳(CO2)将如何改变它们存在分歧。通过了解季风是如何开始的,以及这种天气现象和二氧化碳是如何相互关联的,研究人员可以改进今天的模型。

科学家们曾认为亚洲季风开始于大约2500万年前,但最近几个独立的研究小组公布的证据将这一日期推后到大约4000万年前。大约就在这个时候,印度和亚洲两大洲相撞,形成了喜马拉雅山和青藏高原。大约在5500万到3400万年前,地球开始从一个温暖、无冰的星球变冷,变成了今天的两极冰库。法国国家科学研究中心(CNRS)的古环境专家Guillaume Dupont-Nivet教授认为,季风可能在这种降温过程中起到了关键作用。

冷却

他认为,强烈的降雨造成了山脉的巨大磨损,称为风化作用。众所周知,风化作用通过多种方式从大气中吸收二氧化碳——例如,当产生的灰尘进入海洋,为浮游生物提供食物,浮游生物在生长过程中吸收二氧化碳。由于大气中二氧化碳的减少,温室效应减弱,气候变冷。

“关于全球变冷有很多理论,这只是其中之一,”迪蓬-尼维特教授说。

为了验证他的理论,他的团队一直在一个名为“魔力”(MAGIC)的项目中寻找第一批季风的踪迹。

但是寻找每年发生在数千万年前的天气事件的证据是一项艰巨的任务。

研究小组检查了三个地区的岩石——缅甸、塔吉克斯坦和西藏东北部。

他们发现了花粉粒化石,并据此确定了那里的植物种类。他们一直在追踪它们的进化过程,以应对气候变化,然后在沙漠占据主导地位时消失。了解了不同物种生长的条件后,他们能够推断出连续几个季节的湿度和温度。

科学家们还使用了对叶蜡的同位素分析。叶蜡是一种坚硬的物质,在分泌它的植物退化数百万年后仍然存在。在自然界中,有些元素以几种不同的形式存在,只是在质量上有所不同——例如,氧有两种常见的同位素——氧16和氧18,以及氢。每种同位素在化石中保存了多少取决于它生长的温度和湿度。这意味着,当植物吸收水分时,会在它们的组织中留下一个暗示气候条件的指纹。

“这些都是很难回答的问题,当你研究4000万年前的情况时,但当我们把这些代用指标结合起来时,我们能够……说出温度和降雨量是如何随着季节变化而变化的,”迪蓬-尼韦特教授说。

在缅甸,季风的典型方式确实会导致季节变化,不过杜邦-尼维特教授说,其他的解释也与数据相符。

但西藏的灰尘‘是一个重大发现,”他说。

“非常令人兴奋的是,我们记录下了它的开始……几千万年没有灰尘,然后它开始了,直到今天才有灰尘。”

研究小组意识到,沙尘的到来恰好与曾经覆盖欧亚大陆从中国到欧洲的大片海洋消失的时间吻合。当印度与亚洲相撞时,这些水被从海洋中切断并逐渐蒸发,留下了沙漠和孤立的咸海、里海和黑海。他说,对沙尘的分析表明,沙尘来自这一地区,这表明这些事件改变了空气循环的方式,将这些沙漠中的第一个沙尘带到了西藏等地区。

根据Dupont-Nivet教授的说法,4000万年前的原始季风比我们今天的季风要弱。

“它非常接近(今天的季风),因为我们有强风携带这些灰尘,这些灰尘对气候有很大的影响,”他说。“它可能是部分降温的原因。”

未来

他说,这些数据将有助于检验气候模型对未来季风的预测。

英国牛津大学和圣安德鲁斯大学的气候科学家迈克尔·伯恩博士说,今天的大型气候模型无法就气候变化是否会导致季风加强或减弱,或者季风开始的时间是否会改变达成一致。

所有的气候模型都一致认为,全球变暖正在向空气中堆积更多的水蒸气,这应该会导致更加湿润的季风。一些人还认为,在南亚,黑碳和硫酸盐污染最近削弱了它。

但他们对二氧化碳对更复杂因素的影响意见不一,比如云的大小、风向和海洋中富含水分的空气上升的速度。

伯恩博士说:“在过去十年左右的时间里,我们投入了大量的时间和资金来开发这些气候模型,这样它们就可以(越来越)以更高的分辨率模拟世界各地的气候……但季风预测的不确定性并没有降低。”

因此,现在还不清楚季风会比现在开始得早还是晚。

因此,他在自己的项目“季风”(MONSOON)中采取了一种激进的方式。他没有增加更多的复杂性,而是回到了基础,只描绘了形成季风的一些基本力量。

事实上,他已经完全放弃了陆地,建造了一个“水星球”。如果没有陆地使问题复杂化,他可以专注于云层、二氧化碳和水蒸汽循环。

他说:“最重要的结果是,云层和水蒸气(通过吸收和反射太阳和地球发出的能量)对季风有很强的影响。”增加的二氧化碳增加了水蒸气的数量,这“往往会使季风变得更强、更湿润。”

“但它还有其他一些不太明显的有趣影响。当你打开这种水蒸气效应的开关时,你往往会把季风的到来推迟10天左右,这是不太为人所知的。”

他说,这些模拟表明,这些是迄今为止几乎完全被忽视的重要季风过程。’(而且它们)有很大的潜力来解释我们在最先进的气候模型预测中看到的一些巨大的不确定性。”

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