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，時而在冰凍的“冰屋”時期和溫暖的“溫室”狀態(tài)之間搖擺。

科學(xué)家們長期以來一直將這些氣候變化與大氣中二氧化碳的波動聯(lián)系起來。然而，最新研究揭示了碳的來源及其驅(qū)動力遠比此前認(rèn)為的復(fù)雜。

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

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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。相反，我們認(rèn)為中洋脊和大陸裂谷——構(gòu)造板塊分散開的位置——在推動地球碳循環(huán)的地質(zhì)時代中扮演了更重要的角色。

這是因為全球海洋從大氣中封存了大量二氧化碳。他們將大部分碳儲存在海底富含碳的巖石中。經(jīng)過數(shù)千年，這一過程可以在海底產(chǎn)生數(shù)百米富含碳的沉積物。

隨著這些巖石在地球上運動，受構(gòu)造板塊驅(qū)動，最終可能與俯沖帶相交——即構(gòu)造板塊匯聚的地方。這會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，我們可以利用計算機模型來判斷構(gòu)造板塊在地質(zhì)時間中的遷移情況。

我們發(fā)現(xiàn)了什么

通過計算機模型重建地球如何移動儲存在構(gòu)造板塊上的碳，我們預(yù)測了過去5.4億年間主要的溫室和冰屋氣候。

在溫室氣體時期——地球較暖時——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，攜帶富含碳的沉積物，這些沉積物最終通過一種稱為俯沖的過程回歸地球內(nèi)部。

我們證明，這一過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源之一。

然而，這一過程直到過去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2億年前才進化出來，并在大約1.5億年前遍布全球海洋。因此，過去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)碳排放來自中洋脊而大陸裂谷——也就是構(gòu)造板塊分岔的區(qū)域——實際上對大氣中的二氧化碳貢獻更大。

未來的新視角

我們的發(fā)現(xiàn)為地球構(gòu)造過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。

本研究還為未來氣候模型提供了關(guān)鍵見解，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。

理解這種深層時間視角有助于我們更好地預(yù)測未來氣候情景以及人類活動的持續(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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