海洋科学的基本假设是错的?

海水中镁,钙或锶等元素的组成比是重建过去海洋过程的重要线索。到目前为止,通常假设这些比例在很长一段时间内以及在大范围上都是恒定的。但是,由基尔大学(CAU)和GEOMAR亥姆霍兹基尔海洋研究中心领导的一项研究表明,当今海洋中的重要元素占比比以前认为的要更具变化性。这一发现提出了有关海洋历史重建的问题,于前天发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。

为了理解当前的海洋系统并能够预测未来的变化,回顾过去可能会有所帮助。但是直接的测量数据很难追溯到150年前。为了从更古老的时代获得信息,科学家使用了自然档案,帮助我们了解了当时的海洋过程。在此背景下,海水中某些元素(例如镁与钙或锶与钙)的比例是重要的工具。元素成分信息被凝固在诸如有孔虫或珊瑚之类的生物碳酸盐骨架里,据此可以得出关于过去海水温度和其他环境条件的重要结论。

迄今为止,科学家一直假设海洋中的这些元素比相对恒定,且在数百万年内变化非常缓慢。现在, “我们发现,当今生态系统中镁与钙和锶与钙的比率的变异性在不同的生态系统之间可能存在很大差异。由于以前在整个海洋中都假定它们大致恒定,因此就产生了一个问题。环境因素被忽略了。”Mario Lebrato博士说。

在这项研究中,来自全球十多个国家的科学家在9年的时间里,组织了79次船舶全球科考,从水面到6000米深度的14个不同生态系统中收集并分析了1100个样本。这些结果对于重建海洋历史和了解当前的生物地球化学过程都具有重要意义。

“到目前为止,为了重建地球历史早期的海水温度,人们已经明确定义了海水中的元素比例,并且假设元素比恒定。在我们的实验室中,我们开发了特殊的分析工具来确定比值,且不确定性很小。我们的高精度工具显示,经典假说并不总是正确的。” CAU地质科学研究所微量元素地球化学实验室负责人Dieter Garbe-Schönberg博士说。

“令人兴奋的是,现代海洋中元素比例在空间里存在巨大差异。这些发现很难与我们目前的水质运输和混合概念相吻合,因此,海洋建模者要想使这些模式协调一致,将面临挑战。” GEOMAR生物地球化学模型学系主任Andreas Oschlies博士补充说,他也是该研究的合著者。

研究人员现在必须搞清是什么导致当前元素比例的变化以及它的后果。Lebrato博士强调说:“如果我们对基本机制有深刻的了解,我们将能够更好地将元素比的线索用于不同的海洋科学学科和问题。”这对于靠近海岸和亚极地区高纬度的海洋区域尤其重要。在此,必须针对区域生态系统纠正过去用于重建海洋温度的方法。

原文:https://phys.org/news/2020-08-contradicts-assumptions-constant-element-conditions.html

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