科学家发现了一种隐藏的反馈回路，这可能解释了地球在过去数千万年中是如何调节其气候的。随着海平面的升降，到达开阔大洋的磷酸盐含量发生变化，进而影响了海洋生物以及埋藏在海底的碳总量。这一埋藏过程从大气中移除了二氧化碳，从而有助于地球降温。
新研究指出了海平面与海洋中磷酸盐可用性之间一个此前被忽视的联系。全球气温的变化影响了极地冰盖的大小，进而改变了海平面。这些变化随后影响了有多少磷酸盐进入开阔大洋，有多少碳被埋藏在海洋沉积物中，以及有多少二氧化碳留存在大气中。
这些过程共同帮助决定了地球在漫长的时间里是变暖还是变冷。
海平面与地球碳循环
这项新研究由雪城大学文理学院地球与环境科学教授Zunli Lu合著。研究考察了过去6000万年中，海平面变化和海洋氧气状况如何影响磷酸盐的可用性及大气二氧化碳。
研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上。
“我们知道，在过去6000万年中，随着地球冷却，大气二氧化碳大幅减少，但我们对这些碳最终去向何处知之甚少，”牛津大学地球科学教授、主要作者Ros Rickaby在一篇系部新闻文章中表示，“我们的结果表明，有机碳在海洋沉积物中的埋藏增强发挥了比此前认为的更重要的作用。”
磷酸盐：隐藏的气候调节器
该研究的核心是磷，特别是磷酸盐，这是一种海洋生物生长所需的营养物质。研究人员将磷酸盐描述为气候拼图中此前“不可见”的一部分。
当海平面较高时，浅层大陆架覆盖了更大的区域。这些大陆架将磷酸盐截留在沿海沉积物中，导致开阔大洋中可用的这种营养物质减少。
随着水中磷酸盐减少，海洋生产力放缓。生长的生物减少，沉入海底的有机碳减少，埋藏在沉积物中的碳也随之减少。海水也变得更加富氧，而二氧化碳则在大气中积聚。
结果就是一个更温暖的星球。
海平面下降触发了碳反馈
当海平面下降时，这一过程向相反方向发展。
随着大陆架收缩，更多的磷酸盐进入水中。这些额外的营养物质支持了海洋生物的激增。当生物死亡后，其遗骸下沉并分解，消耗了周围水中的氧气。
随着时间的推移，海洋中形成了低氧区。当这些区域触及大陆架上富含碳的沉积物时，它们激活了一个强大的反馈过程。
低氧导致沉积物释放出更多的磷酸盐。这些额外的磷酸盐促进了更多的海洋生物生长，从而导致更多的有机碳埋藏在海底。随着更多的碳从海洋和大气中被移除，大气中的二氧化碳含量下降。
“我们的合著者Christian Bjerrum在二十年前曾通过计算机模型研究海平面、海洋氧气和磷酸盐之间的联系，”Lu说，“我们终于拼凑出了验证这一假设所需的地质记录。”
碳埋藏的海平面“最佳点”
研究人员发现，当海平面比现代水平高出约10到40米时，这种反馈达到最强。
在这个海平面“最佳点”，低氧水体与富含有机物的大陆架沉积物重叠。这种组合使得异常大量的碳得以被埋藏数百万年。
团队将这一模式与6000万年的地质证据进行了比较。数据包括碳同位素记录、深海沉积物中磷积累的测量数据，以及一种用于重建古海洋氧气水平的较新的碘钙比法。
解读古海洋氧气
Lu的实验室进行了碘钙比测量。
该方法通过分析古代有孔虫（一种微观海洋生物，其遗骸保存在海底沉积物中）的化学成分来进行。它们的化学成分使科学家能够估算它们生存时水中的氧气含量。
样本在雪城大学使用质谱仪进行了分析。该仪器由美国国家科学基金会资助。
为何始新世保持温暖
始新世（约持续于5600万至3400万年前）提供了一个清晰的例子，展示了当碳埋藏反馈基本不活跃时会发生什么。
在那个时期，海平面极高，广阔的大陆架被淹没。磷酸盐被截留在浅层沉积物中，导致开阔大洋相对缺乏营养。
海洋生产力保持在较低水平，海洋变得高度氧化，埋藏的有机碳减少。由于反馈机制实际上处于关闭状态，二氧化碳在大气中积聚，地球保持温暖。
变得更加稳定的气候系统
研究人员提出，随着低氧水体向深处移动，发生碳埋藏的区域在地质时期逐渐变窄。
这种长期转变可能有助于稳定大气氧气和二氧化碳。碳埋藏与大气中碳积聚之间的波动变得不那么剧烈，使地球气候系统更能抵御干扰。
研究的主要结论
磷酸盐作为海洋生物必需的营养物质，在过去6000万年中充当了地球碳循环的隐藏调节器，尽管其确切作用此前未被完全理解。
海平面影响了有多少磷酸盐到达开阔大洋。这控制了海洋生产力、埋藏在海底沉积物中的碳量以及留在大气中的二氧化碳量。
比现代水平高出约10到40米的海平面“最佳点”产生了最强的碳埋藏。这一过程在数百万年中充当了变暖的自然刹车，并帮助地球走向目前较冷的气候。
该研究包括牛津大学和哥本哈根大学的研究人员。研究得到了两项美国国家科学基金会资助的支持。
这些发现丰富了Lu实验室利用碘钙比法重建古海洋氧气条件的大量工作。
早些时候发表在《自然-地球科学》上的一项研究使用了同样的技术，表明元古宙期间的热带海洋富含氧气。这种模式与今天的情况截然相反。研究人员还发现，数亿年前的一个行星临界点导致全球氧气分布发生了翻转。