新元古代冰雪地球融化后的气候

Snowball Earth events that happened about 600 - 700 million years ago have been one of the hottest topics in paleoclimate research in the past decade. Previous studies have focused on mechanisms of Snowball-Earth formation and deglaciation. Little attention has been paid to the climate of Snowball-Earth aftermath. The aftermath climate could be extremely hot because melting the Snowball Earth requires high-level CO2, and such high-level CO2 can maintain over sevaral hundreds of thousand years after the Swnoball-Earth is melted, due to slow weathering reactions that have time scales of about one million years.Once the Snowball Earth is melted, large amount of water vapor gets into the atmosphere. Water vapor and high-level CO2 would generate extremely strong greenhouse effect, causing hothouse climate. The purpose of this project is to study the extremely hot climate of Snowball-Earth aftermath. We will focus on the following issues：1）how high surface temperature could be during the Snowball-Earth aftermath? 2) what about the precipitation rate? 3) how different are atmospheric circulations from the present? 4) how different are the vertical stratification and global oceanic circulations from the present? We will study these problems with a coupled atmospheric and oceanic general circulation model.The study of this project is important for us to understand Earth's climate history and life evolution in the deep past.

发生在6-7亿年前的冰雪地球事件是过去十几年国际古气候研究领域的一个热点。现有的研究主要集中在冰雪地球的形成和融化，而关于冰雪地球融化之后的气候还很少有研究。冰雪地球融化之后的气候很可能是极端炎热的，这是因为融化冰雪地球需要很高浓度的CO2，冰雪地球融化之后，高浓度的CO2在大气中还将维持至少几十万年甚至百万年（降低CO2的风化反应的时尺度大约十百万年），加上冰雪地球融化后水汽进入大气，高浓度的CO2 和水汽将形成很强的温室效应。本项目的研究将集中在以下几点：1）冰雪地球融化之后的地表温度可能有多高？极端高温下的降水强度有多强？极端炎热条件下的大气环流与现代的有何不同？极端炎热条件下的海洋层结稳定性和大洋环流。我们将使用海气耦合模式对这些问题进行模拟研究。该项目的研究对理解地球历史气候演变和生命演化具有重要的基础科学意义。

本项目对新元古代冰雪地球融化之后的气候状态进行了深入研究，圆满完成了项目的计划目标，针对计划书中的关键科学问题，得到了如下主要结果：.1）.如果仅考虑增加CO2来融化冰雪地球，大约需要0.4个大气压的CO2。由于高浓度CO2极强的温室效应以及大量水汽进入大气，全球平均温度将高达74°C，热带陆地最高温度将高达90°C，海洋表面温度也将高达75°C。.2）.随着CO2浓度的升高，最大降水逐步移向高纬度，热带降水相对较少，最强降水达6 mm/day，2200 mm/year，全球平均降水增不多。.3）.在极端炎热条件下，纬向平均大气环流较现在弱。.4）.海洋环流层结较现在稳定，海洋环流较现在稍弱。.这些结果对理解新元古代气候演化、生命演化和地球化学都有重要科学意义。.在本项目的资助下，共发表论文、论著43篇，其中SCI论文28篇，核心期刊9篇，书籍章节6章，包括PNAS、Nature Geoscience各2篇（第一和通讯作者各1篇）。获教育部自然科学2等奖1项。