Представлен новый глобальный синтез и бионизация длинных записей данных по пыльце и их использование при моделировании климатических моделей HadCM3, FAMOUS и модели растительности BIOME4 для анализа динамики глобальной земной биосферы и накопления углерода за последний ледниковый цикл.
Моделирование распределения биома с использованием BIOME4 на основе HadCM3 и FAMOUS в глобальном масштабе с течением времени в целом хорошо согласуется с данными, полученными из пыльцы.
Мировые средние площади биомов лугов и сухих кустарников, пустынь и тундры в течение последнего ледникового максимума увеличиваются в широких масштабах примерно между 64 и 74 ка BP и холодными под стадиями морского изотопа за счет биома тропического леса, умеренно-теплого климата и лесов умеренной зоны.
Эти изменения отражены в моделировании BIOME4 глобальной чистой первичной производительности труда, что свидетельствует о хорошем согласии между этими двумя моделями. Такие изменения, вероятно, повлияют на накопление углерода на суше, что, в свою очередь, повлияет на стабильный изотопный состав углерода в морской воде, поскольку сухопутный углерод истощается при температуре 13C.
Колебания глобального климата в многомиллионные периоды времени привели к значительным изменениям в распределении, продуктивности и накоплении углерода земной растительности. Периодические изменения орбитальной конфигурации Земли приводят к небольшим изменениям сезонного и широтного распределения солнечной активности, усиливаемыми механизмами обратной связи.
За последние 0,8 млн. лет длинные ледниковые периоды были прерваны короткими межледниковыми промежутками примерно на 100-летнем цикле.
Ледниковые периоды связаны с низкими концентрациями CO2 в атмосфере, понижением уровня моря и обширным континентальным покровом; межледниковые периоды связаны с высокими (аналогичными доиндустриальным) концентрациями CO2, высоким уровнем моря и уменьшением ледникового покрова.
В период ледниковых циклов продуктивность и накопление углерода земной биосферы зависит от орбитально принудительных климатических изменений и концентрации CO2 в атмосфере.
Расширение ледникового покрова в ледниковые периоды вызвало значительную потерю площади суши, доступной для колонизации, но это в значительной степени компенсировалось обнажением континентального шельфа в связи с понижением уровня моря.
По оценкам, земная биосфера (растительность и почва) содержит около 2000 PgC, плюс аналогичное количество, хранящееся в торфяниках и вечной мерзлоте.
За последний ледниковый период биосфера суши значительно сократилась. По оценкам, в течение последнего максимума земная биосфера содержала на 300-700 PgC меньше углерода, чем доиндустриальное время.
Как впервые было отмечено в работе Shackleton (1977), на инвентаризацию изотопов углерода в океане воздействует накопление углерода на суше, поскольку органический углерод на суше имеет отрицательную сигнатуру из-за изотопной дискриминации при фотосинтезе.
Поэтому многие оценки сокращения накопления углерода на БГМ основывались на наблюдаемом снижении глубинных слоев океана в результате БГМ. Сокращение биосферы суши такого размера внесло бы большой вклад в выброс CO2 в атмосферу, хотя компенсация углекислого газа в океане привела бы к сокращению ожидаемого увеличения выбросов CO2 до 15 ppm.
- Во многих палеоклиматических данных и модельных исследованиях основное внимание уделяется контрастам между LGM, серединой голоцена и доиндустриальным периодом.
В рамках проекта BIOME были обобщены данные о пале методе с многих объектов, с целью получения глобальных наборов данных о КМГ и среднем голоцене. Синтез данных ценен тем, что позволяет исследователям видеть глобальную картину на основе разрозненных, индивидуальных записей, а также позволяет проводить сравнения между моделью и данными.
Эти данные могут быть интерпретированы в контексте глобальной, физической модели, которая позволяет рассматривать точечные данные согласованным образом.
Существуют непрерывные, многомиллиардные записи пыльцы, которые растянулись гораздо дальше во времени, чем LGM, но ранее они не были сведены в глобальный синтез для изучения изменений последнего цикла. Эти данные могут дать глобальную картину переходных изменений в биосфере и климатической системе.
Здесь мы синтезировали и биомизировали ряд этих записей, предоставив новый набор данных по изменению земной биосферы, который охватывает последний цикл.