早在人类开始通过燃烧石油、天然气和煤炭等化石燃料向大气中排放二氧化碳之前，随着地球走出最后一个冰河时代，大气中的二氧化碳含量显著上升。许多科学家长期以来一直怀疑这种碳的来源来自深海。
但研究人员还无法证明碳是如何从海洋进入大气的。它仍然是科学中最重要的谜团之一。
发表在《自然地球科学》(Nature Geoscience)杂志上的一项新研究，为这一现象的发生提供了一些最令人信服的证据——由于南极周围的水循环模式加速，导致了太平洋深处的“冲刷”。研究人员说，人们担心这种情况可能再次发生，可能会放大和加速人为造成的气候变化。“太平洋很大，你可以在那里储存很多东西——有点像祖母的地窖——东西在那里堆积，有时不会被清理出来，”俄勒冈州立大学海洋学家、该研究报告的作者之一艾伦·米克斯(Alan Mix)说。“我们知道大气中的二氧化碳在过去会上升或下降，我们知道这是气候大变化的一部分，我们认为它来自深海。”“但目前还不清楚碳是如何从海洋中释放出来导致二氧化碳上升的。”
研究报告的第一作者、俄勒冈州立大学海洋学博士生杜剑辉(音译)说，太平洋存在一种循环模式，从南极洲周围的水下沉到极深的水下几英里处开始。它一直延伸到阿拉斯加，在那里它上升，向南回流，然后流回南极洲，在那里它又混合回到海面。杜说，水在深渊里的往返旅程需要很长时间——将近1000年。与俄亥俄州立大学的其他研究小组一样，杜军发现，在冰川极盛时期，水流减慢，但在冰川消退期间，随着地球变暖，水流加速。这种更快的流动将二氧化碳从太平洋深处冲走——“清理奶奶的根部地窖”——并将二氧化碳带到了南极洲附近的海面上。在那里它被释放到大气中。杜教授说:“在最后一次冰川消融期间，大约分两步进行，这是18000年到15000年前的初期阶段，当时二氧化碳浓度上升了50个百万分之50，之后的第二次脉冲又增加了30个百万分之30。”这一数字仅略低于工业革命以来的二氧化碳排放量。所以海洋是碳的强大来源。
Brian Haley是俄勒冈州立大学的海洋学家，也是这项研究的合著者，他指出，碳总是会坠入深海。在接近水面的地方，浮游生物生长，但当它们死亡时，会下沉并分解。这是一个生物泵总是把碳排放到底部。“循环越慢，”哈利说，“水在那里停留的时间越长，碳就会堆积起来。”杜教授说，在冰川活动最频繁的时候，水会减慢，并积聚大量的碳。“当地球开始变暖时，水的运动速度加快了大约三倍，”他指出，“碳又回到了地表。”
研究人员发现的关键是北太平洋沉积物岩心中钕同位素的分析。海莉指出，这些同位素“就像一封来自深海的信件上的回信地址标签”。当沉积物中同位素143与144的比值较高时，该时期的水运动较慢。当水在变暖过程中加速运动时，钕同位素的比例也反映了这一点。Mix说:“在这个关于二氧化碳如何流入深海的神秘故事中，深循环加速的发现是确凿的证据。”“我们现在知道它是如何发生的，而深太平洋是罪魁祸首——与南极洲同流合污。”
研究人员担心的是，随着气候继续变暖，这种情况可能再次发生。杜教授说:“我们不知道碳循环是否会加速，并将碳带出地表，但这似乎是一个合理的想法。”“我们的证据表明，这种情况确实发生在过去，这将有助于运行气候模型的人弄清楚，这是否会对未来造成真正的风险。”
研究人员说，他们的发现应该从政策的角度来考虑。Mix说:“到目前为止，海洋吸收了大约三分之一的化石燃料排放的碳。”这有助于减缓全球变暖。《巴黎气候协定》设定了将全球变暖控制在1.5至2摄氏度的目标，我们非常清楚，在保持这一水平的同时，有多少碳可以释放到大气中。
但如果海洋停止吸收多余的二氧化碳，而是从深海释放更多的二氧化碳，那就会带来麻烦。海洋排放将从我们剩余的排放预算中扣除，这意味着我们将不得不更快地减少排放。我们需要弄清楚有多少。
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