云在气候历史中发挥了重要作用

在大约 7 亿年前的低温时期，地球的海洋是否完全被冰覆盖，或者赤道周围是否有一条不结冰的开阔水域，海绵和其他生命形式可以在那里生存?使用全球气候模型，来自卡尔斯鲁厄理工学院 (KIT) 和维也纳大学的一组研究人员表明，允许水带的气候是不可能的，因此无法可靠地解释低温时期生命的生存。原因是云对时代气候的影响不确定。该团队在《自然地球科学》杂志上介绍了其研究结果。

从太空看，地球在低温纪的全球冰河时代可能看起来像一个巨大的雪球。在地球科学中，海洋完全冻结的这一假设已被确立为雪球地球理论。但目前尚不清楚化石记录中发现的海绵是如何在非常寒冷的雪球地球气候中生存的。为了解释这一点，一些科学家提出了无冰赤道水带的替代理论。

尽管海洋可能被冰封，但仍有生命

KIT 的研究人员与维也纳大学的同事合作，使用全球气候模型和理想化的能量平衡模型来研究低温气候条件。他们希望在他们的模拟场景中找到一条水带，并希望研究它保持稳定的条件。“我们惊讶地发现，这种状态在模型中并不稳定，”KIT 气象与气候研究所 - 对流层研究部 (IMK-TRO) 的 Christoph Braun 说。这意味着低温时期的生命可能受到全球冰封海洋严酷的进化条件的影响。

该研究对云所扮演的角色产生了新的见解。“云层反射辐射，这对水带的稳定性很重要。这种强烈的影响直到现在还是未知的，”博士布劳恩说。学生和该研究的主要作者。借助论文中提出的云反射机制，可以重新解释先前研究的结果，并可能将其结合起来以产生更连贯的图像。

云使我们对过去气候的看法复杂化

“通过全球气候模型和理想化的气候预算模型，我们可以展示云反射率的影响并解释潜在的过程，”布劳恩说。“但这并不能让我们评估低温纪云的反射性，因为全球气候模型中云的模拟存在相当大的不确定性。”

水滴转化为冰的效率对反射率至关重要，部分取决于可充当冰核的气溶胶的类型和数量。这些过程在毫米尺度上进行，而迄今为止模型中使用的计算网格的尺度超过 100 公里。结果表明，云对于预测气候变化和我们理解地质时期冰川作用的动力学至关重要。“云不仅让我们更难看到未来，而且还让我们更难回顾过去，”布劳恩说。

评估太阳系外行星的可居住性

将来，研究人员的发现可能有助于评估我们太阳系外的行星是否适合居住。布劳恩说：“当未来用詹姆斯韦伯太空望远镜进行观测时，可以一瞥系外行星大气中的云层，这可能会很有趣。” KIT 研究人员使用位于汉堡的德国气候计算中心的 Mistral 超级计算机进行了模拟。“在下一步中，我们已经开始使用更精细的计算网格在低温气候条件下模拟云，以便我们可以研究是否以及如何减少涉及云的不确定性，”布劳恩说。

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