一项对海洋沉积物中锶同位素的新分析使科学家能够重建与过去3500万年气候条件变化相关的海洋化学波动。
研究结果发表在3月26日的《科学》杂志上，为全球碳循环的内部运作提供了新的见解，特别是碳通过碳酸盐的沉积从环境中去除的过程。
加州大学圣克鲁兹分校海洋科学研究所的研究教授、第一作者Adina Paytan解释说:“锶和钙非常相似，所以它会被吸收到海洋生物的碳酸钙外壳中。”
Paytan和她的合作者研究了锶不同同位素的比率，包括放射性同位素(由放射性衰变产生)和稳定同位素，它们提供了地球化学过程的补充信息。他们发现，在过去的3500万年里，海洋中锶的稳定同位素比率发生了很大的变化，今天仍在变化，这意味着海水中锶的浓度发生了巨大的变化。
“它不是处于稳定状态，所以进入海洋的和离开海洋的是不匹配的，”Paytan说。“海水中的锶成分的变化取决于碳酸盐沉积的方式和地点，这也受到海平面和气候变化的影响。”
本研究中分析的锶同位素比率的波动反映了全球地质过程平衡变化的综合影响，包括陆地岩石风化、热液活动以及深海和浅海近岸海洋环境中碳酸盐沉积物的形成.
开阔海洋中的碳酸盐沉积来自海洋浮游生物，如球石藻和有孔虫，它们的外壳由碳酸钙矿物方解石构成。在大陆架的浅水中，硬珊瑚更为丰富，它们的骨骼由不同的碳酸钙矿物文石构成，文石比方解石含有更多的锶。
“当珊瑚形成时，它们会去除锶，当它们暴露出来时，锶会被冲走并回到海洋中，”佩坦说。“随着海平面的变化，珊瑚生长的大陆架或多或少暴露在外，这会影响海水的锶成分。”
碳酸盐沉积也会反馈到气候系统中，因为海洋从大气中吸收二氧化碳，而地质时间尺度上的碳酸盐沉积会从系统中去除碳。全球碳循环和大气二氧化碳与气候变化密切相关，无论是在长期还是在最近冰河时代循环的反复起伏期间。
“我们可以从稳定的锶同位素中读取的新型信息现在使我们能够仔细观察全球碳循环的商业端，当碳从环境中去除并沉积到海洋碳酸盐床中时，”合著者说UCSC 地球与行星科学助理教授 Mathis Hain。
“这些发现打开了一扇新窗口，让我们看到全球碳循环如何通过地质时间适应海平面和气候变化，”他补充道。“我们将需要这些见解来指导我们应对当前的气候紧急情况并减轻海洋酸化的最坏影响。”
研究人员能够根据对从深海沉积物岩心中提取的海洋重晶石的分析，重建出海水中锶同位素变化的稳健而详细的记录。
俄亥俄州立大学的合著者伊丽莎白格里菲斯说：“这样的记录对于了解我们的地球在地质时期如何运作至关重要。”“我们的国际团队共同创造了这个独特的记录，并通过数学模型解释了它的意义，这样我们就可以重建过去气候条件不同时的变化。希望能够深入了解我们的蓝色星球在地球上的运行方式。未来。”
除了 Paytan、Hain 和 Griffith，这篇论文的合著者还包括德国 GEOMAR Helmholtz 海洋研究中心的 Anton Eisenhauer 和 Klaus Wallmann，以及加州大学河滨分校的 Andrew Ridgwell。这项工作得到了国家科学基金会的支持。
