文|地球零距离

编辑|地球零距离

几亿年来，地球的气候随着大气中二氧化碳（CO₂）水平的自然波动而变暖和冷却。在过去的一个世纪里，人类把二氧化碳水平推高到200万年来的最高水平 - 超过了自然排放 - 主要是通过燃烧化石燃料，造成了持续的全球变暖，可能使全球部分地区变得不适合居住。

近日，科学家们在《自然》杂志上的新研究表明了，在过去的地质时期，构造板块、火山、侵蚀山脉和海底沉积物是如何控制地球的气候的。利用这些过程可能在维持我们星球“适居”气候方面发挥了作用。

从温室到冰河时代

温室和冰室气候在地质过去就已经存在了。白垩纪的温室（从大约1.45亿年前持续到6600万年前）大气二氧化碳水平高于1000PPM，而今天约为420PPM，温度比今天高出10°C。

但是，地球的气候在大约5000万年前的新生代开始冷却，在冰窖气候中达到顶峰，温度下降到比现在大约低7°C。

地球从白垩纪的温室气候（左）演变为新生代的冰屋气候（右），导致内陆冰盖。

是什么引发了全球气候的这一巨大变化？

科学家们怀疑是地球的构造板块所造成的。为了更好地了解构造板块如何储存，移动和排放碳，科学家们建立了构造“碳输送带”的计算机模型，来验证此猜测。

碳输送带原理

构造过程是将碳释放到大洋中脊的大气中 -在哪里两个板块正在彼此远离 - 使得岩浆上升到地表并产生新的海洋地壳。

与此同时，在海洋海沟 - 两个板块交汇的地方 - 板块被拉下并被回收回地球深处。在下降的过程中，它们将碳带回地球内部，但也通过火山活动释放出一些二氧化碳。

“地球构造的碳输送带将大量碳从地球深处转移到地表，从大洋中脊转移到俯冲带，在俯冲带，携带深海沉积物的海洋板块被回收到地球内部。这些过程对气球的气候和可居住性起了关键性作用”。

模型中显示，白垩纪温室气候是由快速移动的构造板块造成的，这急剧增加大洋中脊的二氧化碳排放量。

新生代冰库气候过渡时期，构造板块运动缓慢，火山二氧化碳排放量开始下降。但令科学家们惊讶的是，在传送带系统中发现了一个更复杂的机制，涉及山地建设，大陆侵蚀和海底微生物遗骸的掩埋。

新生代构造板块减缓的隐蔽性降温效应

构造板块由于碰撞而减速，这反过来又导致山体建设，例如喜马拉雅山脉和阿尔卑斯山在过去的5000万年中形成。这应该会减少火山的二氧化碳排放量，但我们的碳输送带模型却显示排放量增加了。

原因是富含碳的深海沉积物被向下推，为火山提供了燃料，增加了二氧化碳排放量，抵消了板块减速的影响。

那么，到底是什么机制导致了大气中二氧化碳的下降呢？

答案就在于山脉，它们减慢了板块移动的速度，并在深海中储存碳。

一旦山脉形成，它们就开始被侵蚀。含有二氧化碳的雨水与一系列山地岩石发生反应，将它们分解。河流将溶解的矿物质带入海洋。然后，海洋生物利用溶解的产品来构建它们的外壳，最终成为富含碳的海洋沉积物的一部分。

随着新的山脉的形成，更多的岩石被侵蚀，加速了这一过程。大量的二氧化碳被储存起来，地球变冷了。

多佛白色悬崖的石灰岩是富含碳的海洋沉积物的一个例子，由微小的海洋浮游生物的碳酸钙骨架残骸组成的。

岩石风化作为一种可能的二氧化碳去除技术

政府间气候变化专门委员会（IPCC）表示，如果世界要实现温室气体净零排放，大规模部署二氧化碳去除方法是“不可避免的”。

火成岩的风化作用，特别是像玄武岩这样的岩石，含有一种叫做橄榄石的矿物，在减少大气中的二氧化碳方面非常有效。根据一些估计，在海滩上撒布橄榄石可以从大气中吸收高达一万亿吨的二氧化碳。

当前人类引起的变暖速度如此之快，因此要避免灾难性的全球变暖。迅速减少我们的碳排放至关重要。但在人类的帮助下，地质过程也可能在维持地球“适居”气候方面发挥作用。

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