更具有“反應活性的”陸地表面曾為地球降溫

坐落於西阿爾卑斯山群峰中的采爾馬特。

在地球歷史上，每隔一段時間就會出現較長的降溫時期。250萬年前，最近的一次冰河時期開始了。但在此之前1千萬年的時間裡，溫度就已經開始下降，在那段時期，北半球上覆蓋著大量的冰塊和冰川。

數十億年來，岩石風化過程，尤其是碳酸岩的化學風化作用，一直控制著地球的氣候。二氧化碳在雨水中溶解時就會產生碳酸。因此，風化作用能夠將二氧化碳從地球大氣中去除，這一過程恰好與火山向大氣提供二氧化碳的進程相抵消。目前為止廣泛傳播的範式提出，在過去的1500萬年裡，隨著大型山脈的形成，侵蝕過程增加了，與此同時，能夠吸收二氧化碳的岩石風化作用也增加了。事實上，對海洋沉積物的地球化學測量顯示，在這一時期，大氣中二氧化碳的比例已經大幅下降。

在近日發表於《自然》雜誌上的一項新研究中，德國蘇黎世聯邦理工學院的Jeremy Caves-Rugenstein，美國史丹佛大學的Dan Ibarra和德國波茨坦GFZ德國地球科學研究中心的Friedhelm von Blanckenburg提出，這一範式需要改寫：在研究所涉及的時期內，岩石的風化作用是恆定的。不同的是，陸地表面“反應活性”的增加導致了大氣中二氧化碳的減少，從而使地球變冷。。

GFZ的Friedhelm von Blanckenburg解釋道：“如果大氣損失的二氧化碳與風化作用（由侵蝕造成）結合的一樣多，那麽在不到一百萬年的時間裡，大氣中將幾乎不會留下任何二氧化碳。所有的水都會凍結成冰，生命會很難存活。但事實並非如此。”

在2010年，von Blanckenburg和他的同事Jane Willenbring也有一項研究發表在《自然》雜誌上，他們在其中指出，以上這些懷疑是有道理的。“我們測量了地球大氣中宇宙異塵餘生產生的稀有同位素鈹-10，以及它與海洋沉積物中穩定同位素鈹-9的比值，結果表明，陸地表面的風化作用根本沒有增加。” Friedhelm von Blanckenburg說。

在目前發表的新研究中，Caves-Rugenstein、Ibarra和von Blanckenburg進一步利用海洋沉積物中鋰元素穩定同位素的數據作為風化過程的指標。他們想知道，除了穩定的岩石風化進程，大氣中的二氧化碳含量還能通過何種方式減少。他們將數據輸入了一個全球碳循環的計算機模型。

事實上，該模型的結果表明，陸地表面風化的可能性增加了，但風化的速度卻沒有達到實際值。研究人員將這種風化的可能性稱為陸地表面的“反應活性”。“反應活性描述了化合物或元素參與反應的難易程度。”Friedhelm von Blanckenburg解釋說。如果地表的未風化岩石較多，那麽具有反應活性的岩石也就更多，類似嚴重風化的岩石與大量二氧化碳之間的反應，這些岩石與大氣中少量二氧化碳的化學反應同樣是廣泛的。因此，不需要風化作用加速，大氣中二氧化碳的減少及其導致的降溫也能夠解釋得通了。

“但我們需要一個地質過程來恢復地表的活力，並使其更具‘反應活性’，”Friedhelm von Blanckenburg說道，“這不一定得是大型山脈的形成。同樣，構造裂縫，侵蝕的小幅增加或其他類型岩石的暴露可能導致更多具有風化可能性的材料在地表顯現出來。無論如何，關於在最後一個冰河時代之前的降溫現象，我們的新假設一定要引發大家對於這一問題在地質學上的重新思考。”

科界原創

編譯：李華

審稿：阿淼