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违反“碳门槛”可能会导致大灭绝

当碳排放传递一个临界值,它可以在碳循环触发穗状反射,在持续一万年严重的海洋酸化的形式,根据一项新的澳门太阳城最新网站的研究。

二氧化碳的排放量可触发在碳循环的反射,具有灾难性的后果,研究发现。


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在大脑中,神经元时,关火电信号他们的邻居,这种情况通过一个“全或无”的回应。一旦在细胞条件违反特定阈值的信号才会发生。

现在的MIT研究员已经观察到类似的现象,在一个完全不同的系统:地球的碳循环。

丹尼尔·罗斯曼,地球物理学教授和洛伦茨中心的联合主任地球,大气与行星科学的澳门太阳城最新网站的部门,已经发现,当在二氧化碳进入海洋的速度推过去某个阈值 - 无论是作为一个结果突然爆发或缓慢,稳定的涌入 - 地球可能与化学反馈的失控级联反应,导致极端的海洋酸化,大幅放大原触发的效果。

这一全球性反射导致包含在地球海洋中的碳量的巨大变化,和地质学家可以看到这些变化,保持在数百万年的沉积层的证据。

罗斯曼通过这些地质记录看,并指出,在过去的5.4亿年,海洋的碳储存突然改变,然后回收,数十次以类似于神经元秒杀突然自然的方式。这个碳循环的“激励”发生了最显着的附近的五大生物大灭绝的四个地球历史的时间。

科学家们都认为,各种触发这些事件,他们已经假定,在海洋碳随之而来的变化是成正比的初始触发 - 例如,将触发越小,环境后果。

但罗斯曼说,情况并非如此。这并不重要,最初是什么引起的事件;约占一半在他的数据库中的混乱,一旦他们在运动中进行设置,则在其碳增加的速率基本相同。他们的特点率可能碳循环本身的属性 - 不是触发器,因为不同的触发器会以不同的速率运行。

这是什么都与我们的现代气候办?今天的海洋正在吸收约一个数量级比在地质记录最坏的情况下更快的碳 - 二叠纪末灭绝。但人类只有被抽二氧化碳到大气中数百年,与数千数万年以上的,它采取了火山爆发或其他干扰触发过去的伟大环境破坏。可能的碳的现代增长过于简短,以激发重大破坏?

根据罗斯曼,今天我们是“在激励悬崖”,如果它发生,产生的尖峰 - 通过海洋酸化证明,物种的相继死亡,等等 - 很可能是类似于过去的全球性灾难。

“一旦我们在门槛上,我们是如何到达那里可能并不重要,”罗斯曼说,谁是本周公布他的成绩在 科学的美国国家科学院院刊。 “一旦你得到了它,你正在处理地球是如何工作的,以及它继续自己的旅程。”

碳反馈

在2017年,由罗斯曼 一个可怕的预测:本世纪末,行星很可能达到临界阈值,基于在该人类是将二氧化碳添加到大气中的快速速率。当我们跨过这个门槛,我们很可能在运动中设置的后果的货运列车,在地球的第六次物种大灭绝可能达到高潮。

罗斯曼以来试图更好地理解这一预测,以及更普遍的,一旦它推过去的临界阈值的方式,其中碳循环响应。在新的论文中,他开发了一个简单的数学模型来表示地球上海洋的碳循环,当此阈值,可能的行为方式。

科学家知道,当从大气二氧化碳在海水中溶解,它不仅使海洋更酸性的,但它也降低了碳酸根离子的浓度。当碳酸根离子浓度下降到低于阈值时,由碳酸钙的壳溶解。生物体,使他们在这样恶劣的条件下表现不佳。

壳,除了保护海洋生物,提供“镇流器的效果,”称重生物体下来,使它们下沉到海底与碎屑有机碳一起有效地从上层海洋中除去二氧化碳。但在增加二氧化碳的世界,较少的钙化有机体应该意味着更少的二氧化碳将被删除。

“这是一个积极的反馈,”罗斯曼说。 “更多的二氧化碳会导致更多的二氧化碳。从数学的角度来看,问题是,这样的反馈,足以导致系统不稳定?”

一个不可阻挡的崛起

罗思曼捕获在他的新模型,其包括两个微分方程,表述在海洋上层的各种化学成分之间的相互作用此正反馈。他再观察模型如何回应,因为他抽额外的二氧化碳到系统中,以不同的速度和数量。

他发现,不管在哪个他补充二氧化碳到已经稳定的系统速度,上层海洋碳循环保持稳定。响应适度扰动,碳循环会去暂时走出低谷,并出现轻微的海洋酸化的一个短暂的时期,但它总是会返回到原来的状态,而不是进入振荡一个新的平衡。

当他以更大的速度引入二氧化碳,他发现,一旦水平越过临界值,碳循环与正反馈的级联放大原触发,造成整个系统秒杀反应,严重的海洋酸化的形式。该系统做到了,最终回到平衡状态中,数万年后,在今天的海洋 - 一个迹象表明,尽管剧烈反应,碳循环将恢复稳定状态。

此模式的地质记录相符,罗斯曼发现。通过从上方激励半他的数据库的结果表现出的特征速率,但近,阈值。与大灭绝有关的环境破坏是异常区 - 它们代表激励远远超出阈值。至少有三个的那些情况下,可能与持续的大规模的火山活动。

“当你去超过阈值,你从系统本身响应任意球,”罗斯曼说。 “系统上的猛升。这就是兴奋性和神经元是如何工作过“。

尽管碳进入海洋今天以前所未有的速度,但这样做在地质短暂的时间。罗斯曼的模型预测,两种效应取消:更快的速度使我们更接近阈值,但持续时间较短移动我们而去。只要门槛而言,现代世界是在大致相同的地方是在大规模的火山活动的时间较长。 

换句话说,如果今天的人类活动引起的排放跨越的门槛和不断超越它,因为罗斯曼预计他们很快会,后果可能是同样在其前面的大灭绝经历了地球那样严重。

“这是很难知道事情会如何结束给你们今天发生的事情,”罗斯曼说。 “但我们可能接近临界值。经过约10000年中的任何峰值可能会达到最大。希望这将让我们有时间找到一个解决方案。”

“我们已经知道,我们的合作2-emitting行动将有几千年的后果,”蒂莫西·伦顿,在英国埃克塞特大学气候变化与地球系统科学教授说。 “这项研究表明,这些后果可能比此前预期更为显着。如果我们推动地球系统太远,那么它接管,并确定自己的反应 - 过去的这一点会有一点,我们可以做些什么。”

这项研究得到了支持,部分由美国航空航天局和美国国家科学基金会。


主题: , 气候, 气候变化, EAPS, 地球和大气科学, 排放, 环境, 地质学, 全球暖化, 温室气体, 数学, 研究, 科学学院, 美国航空航天局, 美国国家科学基金会(NSF)

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