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地球历史上大气中氧气含量的变化影响全球气候

地球历史上大气中氧气含量的变化影响全球气候

在地球的整个历史过程中,大气层中氧气含量的变化显著改变了全球气候。新密歇根大学领导的一项新研究得出的结论是:重建过去气候情况的努力必须包含这个之前被我们忽略的因素。

目前,地球大气层中氧气的含量是21%,但在过去的5.41亿年里,这个含量是在10%35%之间变动的。

根据密歇根大学的古气象学家克里斯托弗·保尔森的研究,在氧气含量下降期间,由此而来的大气密度下降造成了地表水分蒸发的加剧,这反过来又导致降水的增加和气温的升高。

“氧气含量和气候之间的联系从未被考虑。而这种关联性是地质时段的一个重要因素,”地球与环境科学系教授保尔森说。虽然不像导致温室效应的二氧化碳气体浓度对气候变化那么重要,但氧气也发挥着关键作用,他说。

“不被认为是二氧化碳浓度的变化造成的,氧气浓度可以帮助解释古气候记录的特征,如果我们想要全面了解过去的气候情况,那么氧气含量是必须要考虑的因素,”保尔森说。“但是,氧气含量的变化在当今气候变化中并不是一个重要的影响因子。”

这样研究成果计划发表在611日《科学》杂志网络版上。

在整个地球的历史上,氧气含量不断上升和下降。除去氧分子就会使大气层变得稀薄,增加了阳光直射地表的可能。

更多的光照意味着地表水分蒸发的加剧,这导致了更高的湿度和更多的降水。当湿度水平上升时,温度也增加,因为水蒸气是一种强效的热传递“温室”气体。

增加氧分子具有相反的效果:较厚的大气层,分散的阳光辐射,降低的地表蒸发量,较少的水蒸气热传递。

在他们发表在《科学》杂志的论文中,保尔森和他的两个同事量化了氧气浓度的变化对气候的影响,利用一个大气的全球气候模型来解释大气密度,质量和分子量的变化。

研究团队计算机模拟重点关注白垩纪中期,这个时期的特征是大气中二氧化碳含量较高,也是过去1亿年来最热的时期。具体来说,他们关注的是1.005亿年到9390万年之间的塞诺曼期。

他们根据氧气水平的变化进行了一系列的模拟研究,从氧气含量较低的5%到最高的35%。研究团队发现氧气水平下降导致全球降水量和温度的大幅度提高。

研究人员总结道,氧气浓度的变化有助于解释古气候记录的特征,不被认为是二氧化碳浓度的变化造成的,如温暖的极地气候以及一些历史时期出人意料的高降水率。

虽然之前没有考虑氧气含量对气候的影响,大气中氧气含量的变化一直被公认为塑造了地球上生命的进程。例如,几十亿年前,海洋中光合作用的蓝藻释放出大量的氧气,最终使得动物在这个陆地上的生存成为可能。

 

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