中国科学院：王永达-地球深部过程与极热和极冷事件

地球资源与地质活动 · 公众号 · · 2024-12-18 00:45

主要观点总结

文章讨论了地球气候的冷暖波动、温室期、冰室期以及极热和极冷事件，并分析了这些现象与地球深部碳释放和消耗之间的动态平衡的关系。文章还详细阐述了深部碳释放引发全球增温的四种降温途径，以及地球深部过程与极热和极冷事件之间的联系。最后，文章指出了当前研究的不足和未来研究的重点。

关键观点总结

关键观点1: 地球气候的冷暖波动特征

文章概述了地球气候以频繁冷暖波动为特征，可划分为温室期和冰室期，期间发生极热和极冷事件。

关键观点2: 地球深部碳与大气CO2浓度的关系

文章指出地球深部碳是CO2浓度变化的主要来源，通过不同过程释放到大气中，引发全球增温或降温。

关键观点3: 深部过程引发降温的四种途径

文章详细阐述了火山活动、岩浆活动、化学风化以及板块运动等深部过程如何通过四种途径引发降温。

关键观点4: 地球深部过程与极热和极冷事件的联系

文章认为大规模岩浆活动与极热和极冷事件的发生有密切关系，但对其触发和维持机制的理解仍不足。

关键观点5: 未来研究重点

文章指出高精度定年、岩浆活动过程及其气候反馈的数值模拟应是未来研究的重点。

正文

地球气候以频繁冷暖波动为特征,在百万年时间尺度上可划分为温室期和冰室期,期间发生持续时间相对短的极热和极冷事件。大多数学者将这些温室期、冰室期以及极热和极冷事件归因于大气CO ₂ 部碳释放和表层碳消耗之间的动态平衡。

地球深部碳是CO ₂ 浓度变化,即地球深的主要来源,通过大火成岩省、俯冲带、裂谷岩浆活动等过程释放到大气中,从而引发全球增温。但是,深部过程又可通过4种途径引发降温：(1)火山活动释放SO ₂ 酸盐气溶胶, 导致“火山冬天”; (2) 岩浆活动峰期之后的化学风化消耗大气CO ₂ 形成硫 , 其中, 镁铁质岩化学风化速率高于长英质岩, 降温作用更显著; (3) 火山喷发及岩浆岩化学风化释放营养元素,促进大洋初级生产力,加快碳埋藏; (4) 板块运动增大陆地面积以及使大陆聚集于高温、湿润的低纬地区, 增强化学风化对CO ₂ 的消耗. 大体上, 温室和冰室气候与俯冲带大陆弧岩浆活动强度(通常用大陆弧长度和年轻碎屑锆石相对丰度指代)及低纬地区弧-陆碰撞带长度有关, 如果大陆弧活跃且低纬地区弧-陆碰撞带规模小,易形成温室气候,反之则形成冰室气候。极热事件普遍由镁铁质大火成岩省的快速巨量碳释放引发; 极冷事件成因较为复杂, 例如低纬地区大火成岩省强烈化学风化(如前寒武纪斯图特雪球地球)和硅质大火成岩省或大规模长英质火山活动的“火山冬天”效应(如晚古生代冰期极盛期)。

目前, 从发生时间一致和关联机制合理性这两个角度考虑, 大部分极热和极冷事件的发生都可归因于大规模岩浆活动, 但是岩浆活动引发的系列反馈过程以及对极热和极冷事件的触发与维持机制仍缺乏深入理解。就此而论, 高精度定年、岩浆活动过程及其气候反馈的数值模拟应该是今后研究的重点。

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