地壳深处的周期可能比我们想象的更影响气候

我们的星球在其历史上经历了剧烈的气候变化，时而在冰冻的“冰屋”时期和温暖的“温室”状态之间摇摆。

科学家们长期以来一直将这些气候变化与大气中二氧化碳的波动联系起来。然而，最新研究揭示了碳的来源及其驱动力远比此前认为的复杂。

事实上，地壳板块在地球表面的运动在气候中扮演着重要且此前被低估的重要角色。碳不会在构造板块交汇处突然出现。构造板块彼此拉开的地方也很重要。

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我们的新研究，今天发表在该杂志上通信、地球与环境揭示了地球板块构造在过去5.4亿年中具体如何帮助塑造全球气候。

深入探究碳循环

在地球构造板块汇聚的边界处，我们看到被称为火山弧.这些火山相关的融化释放了被困在岩石中数千年的碳，将其带到地表。

历史上，人们一直认为这些火山弧是向大气中注入二氧化碳的主要罪魁祸首。

我们的发现挑战了这种观点。相反，我们认为中洋脊和大陆裂谷——构造板块分散开的位置——在推动地球碳循环的地质时代中扮演了更重要的角色。

这是因为全球海洋从大气中封存了大量二氧化碳。他们将大部分碳储存在海底富含碳的岩石中。经过数千年，这一过程可以在海底产生数百米富含碳的沉积物。

随着这些岩石在地球上运动，受构造板块驱动，最终可能与俯冲带相交——即构造板块汇聚的地方。这会将二氧化碳排放回大气中。

这被称为”深碳循环".为了追踪地球熔融内部、海洋板块与大气之间的碳流动，我们可以利用计算机模型来判断构造板块在地质时间中的迁移情况。

我们发现了什么

通过计算机模型重建地球如何移动储存在构造板块上的碳，我们预测了过去5.4亿年间主要的温室和冰屋气候。

在温室气体时期——地球较暖时——释放的碳多于含碳岩石中被困的碳。相比之下，在冰屋气候中，碳封存到地球海洋中占主导地位，降低了大气中的二氧化碳水平并引发了降温。

我们研究的一个关键结论是深海沉积物在调节大气二氧化碳方面的关键作用。随着地球构造板块缓慢移动，携带富含碳的沉积物，这些沉积物最终通过一种称为俯冲的过程回归地球内部。

我们证明，这一过程是决定地球是温室状态还是冰屋状态的重要因素。

对火山弧作用理解的转变

历史上，火山弧排放的碳被认为是大气中二氧化碳的最大来源之一。

然而，这一过程直到过去1.2亿年才成为主导，这得益于浮游岩钙化器.这些小海洋生物属于一类浮游植物，其主要能力是将溶解碳转化为方解石。他们负有责任用于将大量大气碳封存到海底沉积的富碳沉积物中。

浮游钙化物大约在2亿年前才进化出来，并在大约1.5亿年前遍布全球海洋。因此，过去1.2亿年间，沿火山弧向大气中喷射的大量碳，主要是这些生物创造的富含碳的沉积物所致。

在此之前，我们发现碳排放来自中洋脊而大陆裂谷——也就是构造板块分岔的区域——实际上对大气中的二氧化碳贡献更大。

未来的新视角

我们的发现为地球构造过程如何塑造并将继续影响我们的气候提供了新的视角。

这些结果表明，地球气候不仅仅是由大气碳驱动的。相反，气候受地球表面碳排放与其如何被海底沉积物捕获之间的复杂平衡影响。

本研究还为未来气候模型提供了关键见解，尤其是在当前关注的背景下二氧化碳水平上升.

我们现在知道，地球的自然碳循环受脚下构造板块变化的影响，在调节地球气候中起着至关重要的作用。

理解这种深层时间视角有助于我们更好地预测未来气候情景以及人类活动的持续影响.

本·马瑟，地理、地球与大气科学学院ARC早期职业产业研究员，墨尔本大学;阿德里安娜·杜特凯维奇，ARC未来研究员，沉积学，悉尼大学;迪特马尔·穆勒地球物理学教授，悉尼大学， 和萨宾·扎希罗维奇地球科学学院ARC DECRA研究员，悉尼大学

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