大约在19000年前，地球正处于离现在最近的一个冰河时期。这一冰期一直存在一个科学家试图揭开却又百思不得其解的谜题，那就是在当时的大气中，二氧化碳（CO₂）的浓度大约比工业革命前低了1/3，这些缺失的CO₂意味着有约2000亿吨的碳不知去向。

那么在冰河时期，这些消失了的碳到底都储存在了哪里？

2000亿吨是个庞大的数字，它相当于人类20年的CO₂排放量。过去的大多针对这种缺失的研究都集中在了海洋上。原因是，由于某些特殊的化学作用，CO₂在海水中具有很高的溶解度，导致海洋中的二氧化碳含量约是大气的60倍。

我们在日常生活中一定有这样的体验，一杯冰镇的起泡酒或碳酸饮料的起泡时长会比一杯温热的饮料的起泡时间更长，因为随着温度的升高，CO₂的溶解度会降低，所以与现在相比，在最后一次冰期期间势必有更多的CO₂溶解在了海洋之中。因此，之前有许多研究就将冰期的海洋视为一大缸冰凉的起泡酒。但从那些研究中，科学家又发现这种机制只能解释大约1/4缺失的CO₂量。另一部分CO₂去哪里了？

很可惜，海洋并不像一杯起泡酒。表面的洋流会把水从热带地区带到高纬度的地区。在此过程中，水会在冷却的同时从大气中吸收CO₂，直到水的密度足够大时，就会带着溶解了的碳沉入深海。科学家称这个过程为“溶解度泵”，因为它就像将碳从表面泵入了内部。

不过，这个泵却并没有以十足的马力进行满负荷运转，因为水的吸收速度非常慢，因此当水下沉时，它实际上含有的CO₂量比理论上能够从大气中吸收的要少得多。

在向极地流动的过程中，水冷却得越厉害，这种不足就越明显。通过重现海洋表面的温度，科学家发现在最后一个冰河时期，水在中纬度地区的冷却更多，在温度已经接近冰点的极地冷却得越少。

这使研究人员怀疑，由于早期的研究忽视了这种“不均衡”效应，并假设海洋会均匀地冷却，从而使得那些研究都低估了温度的影响。

为了验证这一观点，牛津大学的研究人员开发了一个新的计算机模型，在这个模型中，他们既考虑了不均衡性，又再现了非均匀的海面温度变化模式。果然，新模型预测出的CO₂吸收量几乎是之前的两倍，这意味着气温效应可以解释多达一半的大气中CO₂在冰期的变化。

○ 在新的研究中发现的能解释在冰期中，导致大气中CO2含量较低的两个主要机制。左图显示的为现在的情况，右图显示的是大约在19,000年前的最后一次冰河时期的情况。| 图片来源：Andrew Orkney / University of Oxford

此外，在碳储存方面同样发挥着重要作用的还有海洋生物。和陆地上的植物一样，海藻在光合作用过程中也会从大气中吸收CO₂。当它们死亡时，它们会沉入深海。细菌会以它们为食，并呼出CO₂，然后溶解到海水中。不过这个“生物泵”也不是满负荷运转的，因为海洋中的大部分海藻类植物都缺铁，这是一种重要的微量营养素，主要由风传播的灰尘提供。

由于冰期可能风更大、灰尘更多，因此这段时间里可能有更多的铁的供给，从而给藻类“施肥”让它们茁壮生长，然后吸收大气中的二氧化碳。早期研究得出的结论是，这一因素只能负责全部CO₂变化的1/10左右。而根据最近的冰川尘流数据，新的模型预测出的结果表示，这一因素至少可以解释1/4的CO₂缺失。

如果这些之前被认为无关紧要的过程，真的是导致冰期-间冰期的CO₂变化的最大驱动因素的话，那么之前被广泛认为的两个可能驱动了CO₂变化的最重要的过程，即大西洋的转向环流的减缓和南极洲附近海冰的大规模扩张，可能只起到了次要作用。新的模拟显示，这两种情况都会降低生物泵在冰期的效率，从而增加大气中的二氧化碳!

尽管新的结果令人兴奋，但它们真正的意义在于阐明和解开构成海洋碳循环的各种过程之间复杂的相互作用和反馈关系。在最终确定导致了冰河时代的原因之前，还有更多的研究需要我们去做！