近日，地球物理学国际顶尖学术期刊《Geophysical Research Letters》发表了题为“A Positive Cooling Feedback for the Neoproterozoic Snowball Earth Initiation due to Weakening of Ocean Ventilation”的研究成果。此项成果由中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室博士后刘鹏博士、李三忠教授等人合作完成。

海洋通风性对调节早期地球大气二氧化碳浓度（pCO₂）和海表生境具有重要意义。海洋通风性是指海洋与大气通过在海洋表层的物质能量交换而引起的相互作用。当海洋通风性减弱，通过大洋环流输送到深海的碳物质（如：生物有机碳）滞留时间增长，可以降低pCO₂而影响地球气候环境演化，同时也会导致随洋流上翻的营养物质减少，从而影响海洋生命的繁衍。海洋通风性受海洋层结、西风带位置、降水等多种气候要素的影响。其中，海冰直接阻挡大气与海洋之间的物质能量交换，可以对海洋通风性产生显著影响。晚新元古代（~800-541Ma）可能发生了两次冰雪地球事件，海冰广泛发育至赤道低纬度地区，海洋通风性可能会显著减弱并对地球气候与生命演化造成影响。

本研究使用地球气候系统耦合模式（CESM1.2.2），结合新元古代的海陆分布格局和太阳常数等气候边界条件，分别运行pCO₂为2240、280和70ppmv的试验，以此模拟地球从温暖气候向冰雪地球寒冷气候转变的过程。试验结果表明，当地球从一个几乎无海冰的温暖状态（pCO₂=2240ppmv）到海冰覆盖率达到50%的软冰雪地球状态时（pCO₂=280ppmv），全球平均深海（>2000m）VAGE大概增高3倍（图1）。当继续将pCO₂从280ppmv降低至70ppmv，VAGE从1900年增加到2300年，并且可能导致大气二氧化碳浓度再降低48ppmv，这也足够使地球进入完全冰封的硬冰雪地球状态。随着冰雪地球发育，海冰逐渐向低纬度地区延伸，模拟结果表明副热带开放海洋的混合层（<500m）通风性增强，深度加深，可能导致大量营养物质上翻并使副热带成为净初级生产力较高的区域，从而为冰雪地球极寒时期生命延续繁衍的观测事实提供一种模式解释。

该成果受到国家自然科学基金创新群体项目和国家自然科学基金重大计划重点项目等资助。

图1.纬向最大海洋理想年龄（IAGE，a-c）与海洋通风年龄（VAGE，d-f）(单位：年)。左排、中间、右排分别代表pCO₂为2240、280、70ppmv的模拟试验结果。每张图顶部的绿色粗横线代表海冰范围。每张图右上角标注为图示变量的最大值。

Liu, P., Liu, Y., Gu, S., Hoffman, P, and Li, S. (2023). A positive cooling feedback for the Neoproterozoic snowball Earth initiation due to weakening of ocean ventilation. Geophysical Research Letters, 50(4), e2022GL102020.

文章链接：https://doi.org/10.1029/2022GL102020