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发表在该杂志上的一项新的气候模型研究科学的进步来自釜山IBS气候物理中心（ICCP）的研究人员韩国国立大学（national University of Korea）提出了一种新的情景，即地球上的气候和生命将如何随之发生变化这意味着未来可能会有一颗中等大小（约500米）的小行星撞击。

太阳系中有很多具有近地轨道的天体。它们中的大多数不会对地球构成任何威胁，但其中一些已被确定为具有不可忽略的碰撞概率的感兴趣的物体。其中有一颗直径约为500米的小行星Bennu，根据最近的研究[Farnocchia et al. 2021]，估计它在2182年9月与地球相撞的几率为2700分之一。这类似于连续投掷11次硬币得到相同结果的概率。

为了确定小行星撞击对我们的气候系统以及海洋中陆生植物和浮游生物的潜在影响，ICCP的研究人员开始使用最先进的气候模型模拟与中型小行星的理想碰撞场景。碰撞的影响表现为向高层大气中大量注入数亿吨尘埃。与之前的研究不同，这项新研究还模拟了陆地和海洋生态系统，以及大气中复杂的化学反应。

利用IBS超级计算机Aleph，研究人员为本努型小行星与地球的碰撞运行了几个尘埃撞击场景。作为对1 - 4亿吨尘埃注入的响应，超级计算机模型模拟显示，在影响后的3-4年里，气候、大气化学和全球光合作用会受到严重破坏（图1）。在最强烈的情况下，尘埃导致的太阳变暗将导致全球地表降温高达4˚C，全球平均降雨量减少15%，臭氧严重消耗约32%。然而，就区域而言，这些影响可能非常明显。

“冬季的突然影响将为植物生长提供不利的气候条件，导致陆地和海洋生态系统的光合作用最初减少20-30%。这可能会对全球粮食安全造成巨大破坏，”ICCP博士后研究员、该研究的主要作者戴兰博士说。

当研究人员从他们的模拟中查看海洋模型数据时，他们惊讶地发现浮游生物的生长表现出完全不同的行为。海洋中的浮游生物在6个月内就已经恢复了，而不是陆地上的快速减少和缓慢的两年恢复，甚至在正常气候条件下也没有达到这样的水平。

ICCP主任、该研究的合著者阿克塞尔·蒂默曼（Axel TIMMERMANN）教授说：“我们能够追踪到这种对尘埃中铁浓度的意外反应。”铁是藻类的关键营养物质，但在一些地区，如南大洋和热带太平洋东部，铁的天然丰度非常低。根据小行星和被喷入平流层的陆地物质的铁含量，原本营养贫乏的地区可能会因生物可利用的铁而变得营养丰富，从而引发前所未有的藻类繁殖。根据计算机模拟，碰撞后海洋生产力的增加对富含硅酸盐的藻类（即硅藻）最为明显。它们的大量繁殖也会吸引大量的浮游动物——一种以硅藻为食的小型食肉动物。

戴兰博士补充说：“模拟的过度浮游植物和浮游动物繁殖可能是生物圈的福音，可能有助于缓解与陆地生产力长期下降有关的新出现的粮食不安全问题。”

“平均而言，中等大小的小行星大约每10 - 20万年撞击地球一次。这意味着我们早期的人类祖先可能在之前经历过一些对人类进化甚至我们自己的基因构成有潜在影响的行星转移事件，”Timmermann教授说。

发表在《科学进展》杂志上的这项新研究为近地轨道物体碰撞对气候和生物圈的反应提供了新的见解。下一步，来自韩国的ICCP研究人员计划通过使用基于代理的计算机模型来更详细地研究人类对此类事件的早期反应，这些模型可以模拟个体人类，他们的生命周期和他们对食物的寻找。