海底的形状和深度深刻地影响着碳的储存方式

火山爆发或人类活动等因素会向大气排放二氧化碳。森林和海洋等其他因素则会吸收二氧化碳。在一个管理良好的系统中，排放和吸收的二氧化碳量适中，可以维持健康的气候。碳封存是当前应对气候变化的一种策略。

一项 新研究 发现，海底的形状和深度可以解释过去 8000 万年中碳在海洋中封存深度变化的 50%。此前，这些变化被归因于其他原因。科学家早就知道，海洋是地球上最大的碳吸收器，直接控制着大气中二氧化碳的数量。但到目前为止，地球历史上海底地形的变化究竟如何影响海洋封存碳的能力还不太清楚。

“我们首次能够证明海底的形状和深度在长期碳循环中发挥着重要作用，”该论文的第一作者，加州大学洛杉矶分校地球、行星和空间科学博士生马修博古米尔说。

长期碳循环有很多活动部分，它们都在不同的时间尺度上发挥作用。其中一个部分是海底测深——海底的平均深度和形状。这又受大陆和海洋的相对位置、海平面以及地幔内的流动控制。用古气候数据集校准的碳循环模型构成了科学家了解全球海洋碳循环及其如何响应自然扰动的基础。

“通常，地球历史上的碳循环模型将海底测深视为固定因素或次要因素，”该论文的共同作者、宾夕法尼亚州立大学地球科学教授图沙尔·米塔尔 (Tushar Mittal) 说。

这项新研究发表在《美国科学院院刊》上， 重建了过去 8000 万年的海洋测深数据，并将数据输入测量海洋碳封存的计算机模型中。结果表明，海洋碱度、方解石饱和状态和碳酸盐补偿深度在很大程度上取决于海底浅层(约 600 米或更浅)的变化以及较深的海洋区域(大于 1,000 米)的分布情况。这三项措施对于了解碳如何储存在海底至关重要。

研究人员还发现，对于当前的地质时代，即新生代，仅水深测量就解释了碳封存观测到的变化的 33%–50%，并得出结论，通过忽略水深变化，研究人员错误地将碳封存的变化归因于其他不太确定的因素，如大气中的二氧化碳、水柱温度以及被河流冲入海洋的硅酸盐和碳酸盐。

“了解长期碳循环中的重要过程可以为科学家更好地指导他们研究海洋二氧化碳去除技术以应对当今的气候变化，”博古米尔说。“通过研究大自然过去所做的事情，我们可以更多地了解海洋封存缓解气候变化的可能结果和实用性。”

这一新认识认为，海底的形状和深度可能是碳封存的最大影响因素，这也有助于我们在宇宙中寻找可居住的行星。

“在观察遥远的行星时，我们目前只有有限的工具来提示它们是否适合居住，”共同作者、加州大学洛杉矶分校教授、地球、行星和空间科学系主任 Carolina Lithgow-Bertelloni 说道。“现在我们了解了水深测量在碳循环中的重要作用，我们可以在从詹姆斯·韦伯太空望远镜的观测结果中推断并了解行星的总体宜居性时，将行星的内部演化与其表面环境直接联系起来。”

这一突破仅仅代表研究人员工作的开始。

“现在我们知道了水深测量的重要性，我们计划使用新的模拟和模型来更好地了解不同形状的海底将如何具体影响碳循环，以及这种影响在地球历史上是如何变化的，特别是在早期地球，当时大部分陆地都在水下，”博古米尔说。

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