世界上最古老的冰芯可以解决翻转的冰河时代周期之谜

在某些方面，比解释南极洲的古老冰层更容易。如今，在介绍了世界上最古老的冰芯发现两年多之后，科学家发表了对这条具有270万年历史的冰样的分析。一个令人惊讶的发现：150万年前的气泡(从地球冰河时期的长度突然翻倍之前开始)的二氧化碳含量低于预期水平(CO2)，这可能是冰河时期变化的线索。

位于大学城的德克萨斯农工大学的古气候学家张一革说，CO2的含量“非常低”。他补充说，今天发表在《自然》杂志上的这项研究“非常有趣”，因为它报告了该神秘时期以来首次对大气气体进行的直接测量。

大约260万年前，地球进入了一个称为“更新世”的时代，该星球以固定的40,000年间隔进入和退出深冰河时期。大约在一百万年前，在所谓的中更新世过渡时期，这些冰期周期从每40,000年发生一次到100,000年。(最近的冰河时代结束于11,000年前。)科学家们早就知道，地球轨道上的微小变化(称为米兰科维奇周期)使地球进出这些冰河时代。但是，一百万年前的轨道模式没有任何变化会触发这种“翻转”。

一些科学家怀疑，在40,000年的世界中，CO2的总体水平较高，但随着时间的流逝而下降，并冷却了地球，最终达到每10万年地球转变为更深，更长的冻结时间的程度。检查该理论的一种方法是检查翻转之前的地球大气样本。但是，在发现新的冰芯之前，可以测量的最古老的温室气体是存在于大约80万年前的冰中的气泡中。

为了进一步追溯时间，一组科学家针对了艾伦希尔斯南极洲表面附近的所谓“蓝冰”。在这里，古老的冰流从深处挖掘出最古老的冰。古老的冰层从下方被推动，而风将雪和较年轻的冰带走。奥罗诺州缅因大学的冰川学家保罗·梅耶夫斯基(Paul Mayewski)怀疑这种冰可能是古老的，普林斯顿大学的地球化学家迈克尔·本德(Michael Bender)开发了一种方法，可以直接从冰块中所含的痕量氩和钾气体中提取出冰块。2015年，由普林斯顿地球化学家约翰·希金斯(John Higgins)领导的团队挖掘了创纪录的核心。

主持这项新研究的普林斯顿大学地球化学家于振珍说，起初，最古老的冰似乎含有惊人的CO2含量，是我们今天看到的百万分之407的几倍。但是，进一步的分析表明，气泡已被冰下渗入的CO2污染，很可能是微生物释放出来的。哥伦比亚大学的地球化学家BärbelHönisch说，这意味着该团队不得不从许多最古老的样本中提取数据，这反映了他们的尽责程度。“作者必须做很多工作才能说服自己真正看到的东西。”

当团队研究150万年前的CO2水平时，他们发现它们的平均水平与翻转后的世界非常相似，根据世界是否处于冰河时代而在204至289 ppm之间波动。Yan表示：“这令人惊讶。” Yan给出了广泛的证据，表明在冰河世纪变得更深之前，更新世早期的世界变暖了。“有根据的猜测是，您将拥有更高的CO2来实现这一目标。但这不是我们看到的。”

俄勒冈州立大学科瓦利斯分校的冰川学家彼得•克拉克(Peter Clark)表示，这意味着可能是由CO2以外的其他物质推动了冷却。一个这样的驱动因素可能是北半球的积冰。这种冰会将阳光反射回太空，从而冷却大气。长期以来，克拉克提出了一个假设，即反复的冰川逐渐侵蚀掉土壤和其他松散的砂砾，以防止冰“粘”在基岩上。一旦砂砾消失，锚定的冰盖可能会变厚并生长到一个临界点，使地球进入100,000年的循环。

冰中CO2含量的其他细微之处表明了其他可能的机制。例如，当地球过渡到100,000年的冰河时代时，与以前的类似事件相比，冰川时期的CO2水平平均下降了24 ppm。霍尼施说，这表明世界对二氧化碳2相当敏感，并且可能由于“小电流”的破坏而“翻转”，这些破坏导致了海洋中的碳储存，可能是由于冰盖的生长或其他原因造成的。

鉴于其局限性，包括狭窄钻头收集的少量材料，艾伦希尔斯岩心不太可能就冰河时期的过渡展开辩论。但是，其数据正在帮助校准其他间接的古代CO2测量方法，例如使用单细胞有孔虫化石中的同位素迁移。随着这些方法的改进，它们的估计与新发现一致。霍尼施说：“这很好地证明了代理确实有效。”

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