地殼深處的周期可能比我們想象的更影響氣候

我們的星球在其歷史上經(jīng)歷了劇烈的氣候變化，時(shí)而在冰凍的“冰屋”時(shí)期和溫暖的“溫室”狀態(tài)之間搖擺。

科學(xué)家們長(zhǎng)期以來(lái)一直將這些氣候變化與大氣中二氧化碳的波動(dòng)聯(lián)系起來(lái)。然而，最新研究揭示了碳的來(lái)源及其驅(qū)動(dòng)力遠(yuǎn)比此前認(rèn)為的復(fù)雜。

事實(shí)上，地殼板塊在地球表面的運(yùn)動(dòng)在氣候中扮演著重要且此前被低估的重要角色。碳不會(huì)在構(gòu)造板塊交匯處突然出現(xiàn)。構(gòu)造板塊彼此拉開(kāi)的地方也很重要。

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我們的新研究，今天發(fā)表在該雜志上通信、地球與環(huán)境揭示了地球板塊構(gòu)造在過(guò)去5.4億年中具體如何幫助塑造全球氣候。

深入探究碳循環(huán)

在地球構(gòu)造板塊匯聚的邊界處，我們看到被稱為火山弧.這些火山相關(guān)的融化釋放了被困在巖石中數(shù)千年的碳，將其帶到地表。

歷史上，人們一直認(rèn)為這些火山弧是向大氣中注入二氧化碳的主要罪魁禍?zhǔn)住?/p>

我們的發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了這種觀點(diǎn)。相反，我們認(rèn)為中洋脊和大陸裂谷——構(gòu)造板塊分散開(kāi)的位置——在推動(dòng)地球碳循環(huán)的地質(zhì)時(shí)代中扮演了更重要的角色。

這是因?yàn)槿蚝Ｑ髲拇髿庵蟹獯媪舜罅慷趸?。他們將大部分碳?chǔ)存在海底富含碳的巖石中。經(jīng)過(guò)數(shù)千年，這一過(guò)程可以在海底產(chǎn)生數(shù)百米富含碳的沉積物。

隨著這些巖石在地球上運(yùn)動(dòng)，受構(gòu)造板塊驅(qū)動(dòng)，最終可能與俯沖帶相交——即構(gòu)造板塊匯聚的地方。這會(huì)將二氧化碳排放回大氣中。

這被稱為”深碳循環(huán)".為了追蹤地球熔融內(nèi)部、海洋板塊與大氣之間的碳流動(dòng)，我們可以利用計(jì)算機(jī)模型來(lái)判斷構(gòu)造板塊在地質(zhì)時(shí)間中的遷移情況。

我們發(fā)現(xiàn)了什么

通過(guò)計(jì)算機(jī)模型重建地球如何移動(dòng)儲(chǔ)存在構(gòu)造板塊上的碳，我們預(yù)測(cè)了過(guò)去5.4億年間主要的溫室和冰屋氣候。

在溫室氣體時(shí)期——地球較暖時(shí)——釋放的碳多于含碳巖石中被困的碳。相比之下，在冰屋氣候中，碳封存到地球海洋中占主導(dǎo)地位，降低了大氣中的二氧化碳水平并引發(fā)了降溫。

我們研究的一個(gè)關(guān)鍵結(jié)論是深海沉積物在調(diào)節(jié)大氣二氧化碳方面的關(guān)鍵作用。隨著地球構(gòu)造板塊緩慢移動(dòng)，攜帶富含碳的沉積物，這些沉積物最終通過(guò)一種稱為俯沖的過(guò)程回歸地球內(nèi)部。

我們證明，這一過(guò)程是決定地球是溫室狀態(tài)還是冰屋狀態(tài)的重要因素。

對(duì)火山弧作用理解的轉(zhuǎn)變

歷史上，火山弧排放的碳被認(rèn)為是大氣中二氧化碳的最大來(lái)源之一。

然而，這一過(guò)程直到過(guò)去1.2億年才成為主導(dǎo)，這得益于浮游巖鈣化器.這些小海洋生物屬于一類浮游植物，其主要能力是將溶解碳轉(zhuǎn)化為方解石。他們負(fù)有責(zé)任用于將大量大氣碳封存到海底沉積的富碳沉積物中。

浮游鈣化物大約在2億年前才進(jìn)化出來(lái)，并在大約1.5億年前遍布全球海洋。因此，過(guò)去1.2億年間，沿火山弧向大氣中噴射的大量碳，主要是這些生物創(chuàng)造的富含碳的沉積物所致。

在此之前，我們發(fā)現(xiàn)碳排放來(lái)自中洋脊而大陸裂谷——也就是構(gòu)造板塊分岔的區(qū)域——實(shí)際上對(duì)大氣中的二氧化碳貢獻(xiàn)更大。

未來(lái)的新視角

我們的發(fā)現(xiàn)為地球構(gòu)造過(guò)程如何塑造并將繼續(xù)影響我們的氣候提供了新的視角。

這些結(jié)果表明，地球氣候不僅僅是由大氣碳驅(qū)動(dòng)的。相反，氣候受地球表面碳排放與其如何被海底沉積物捕獲之間的復(fù)雜平衡影響。

本研究還為未來(lái)氣候模型提供了關(guān)鍵見(jiàn)解，尤其是在當(dāng)前關(guān)注的背景下二氧化碳水平上升.

我們現(xiàn)在知道，地球的自然碳循環(huán)受腳下構(gòu)造板塊變化的影響，在調(diào)節(jié)地球氣候中起著至關(guān)重要的作用。

理解這種深層時(shí)間視角有助于我們更好地預(yù)測(cè)未來(lái)氣候情景以及人類活動(dòng)的持續(xù)影響.

本·馬瑟，地理、地球與大氣科學(xué)學(xué)院ARC早期職業(yè)產(chǎn)業(yè)研究員，墨爾本大學(xué);阿德里安娜·杜特凱維奇，ARC未來(lái)研究員，沉積學(xué)，悉尼大學(xué);迪特馬爾·穆勒地球物理學(xué)教授，悉尼大學(xué)， 和薩賓·扎希羅維奇地球科學(xué)學(xué)院ARC DECRA研究員，悉尼大學(xué)

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