作者:唐一尘 来源:中国科学报 发布时间:2019-1-11
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热带山脉变身地球恒温器
或为造成冰川时代的原因

 

在一些潮湿的热带山区,二氧化碳会被捕获。图片来源:ROBERT HARDING

讨厌寒冷吗?谴责印度尼西亚吧。考虑到该国2.7亿人口、森林砍伐以及频繁的二氧化碳排放对全球变暖的贡献,这听起来可能有些奇怪。但在更长的时间内,该国正在从大气中吸收二氧化碳。

印度尼西亚和邻近的巴布亚新几内亚的许多山脉都是由海底的古老火山岩构成的,这些火山岩是在一系列岛屿火山和大陆之间的巨大构造碰撞中形成的。在热带雨水的冲击下,这些岩石“饥渴”地与二氧化碳发生反应,并将其封存在矿物中。这就是为什么印度尼西亚只有世界陆地面积的2%,却占其长期二氧化碳吸收的10%。这些山脉可以解释为何在几百万年里,冰盖尽管有涨有落,但却一直存在。

现在,研究人员扩展了这一理论,发现在过去5亿年里,这种热带造山碰撞几乎与6次左右的重要冰期重合。“这类环境在漫长的时间里调控了气候。”美国加州大学圣塔芭芭拉分校地质学家Francis Macdonald在近日举行的美国地球物理联盟会议上说,如果地球的气候有一个总开关,那可能就是这些山脉。

大多数地质学家都认为,地球温度的长期变化是由二氧化碳变化所控制的,而板块构造在某种程度上推动了这些变化,因为它重塑了地球的表面。但几十年来,研究人员一直争论到底是什么在控制二氧化碳。许多人把注意力集中在那些板块相互俯冲隆起的火山上。通过释放地球内部的碳,它们可以打开恒温器。

还有人强调岩石风化作用。当山脉中含有富含钙和镁的海底岩石时,它们与雨水中溶解的二氧化碳发生反应,形成石灰岩,后者最终被埋在海底。

“问题是哪一个变化最大。”得克萨斯州莱斯大学火山学家Cin-Ty Lee说。仅仅靠岩石“吞食”二氧化碳是不够的,气候也很重要。例如,罗格斯大学地质学家Dennis Kent说,2.52亿年前发生过破坏性火山喷发的西伯利亚暗色岩也富含这种岩石,但吸收得很少。“这里太冷了。”他说。

沙特阿拉伯有高温和岩石,但缺少另一种成分。“这里比地狱还热,但是不下雨。”而印度尼西亚地处热带多雨地区,地理位置恰到好处。

在过去的几年里,Macdonald和合作者一直研究相关问题。他们发现,9000万年前和5000万年前的冰川条件与现在已经消失的新特提斯海中一系列岛屿火山同非亚大陆的碰撞形成了鲜明对比。

大约4.6亿年前的一次类似碰撞形成了阿巴拉契亚山脉,但人们认为它发生在亚热带,那里干燥的气候不利于风化。通过重新分析碰撞形成岩石中的古老磁场,Macdonald研究小组发现,这些山脉实际上是在热带地区的深处形成的。而且,它们的隆起与200万年的冰期相吻合。

宾夕法尼亚州立大学帕克分校古气候学家Lee Kump表示:“他们正在描绘一个相当有说服力的故事,证明这是地球过去的气候驱动力。”

但也可能有例外。因此,研究小组收集了过去5亿年里每一次构造“缝合”的数据,这些“缝合”被认为含有蛇绿岩,即火山海床的碎片。根据每条缝合线上岩石磁性和大陆漂移模型,他们绘制了古代纬度地图,以确定这些缝合线是在什么时候形成的。Macdonald说:“我们很惊讶,事情没有我们想的那么复杂。”

该研究小组将结果与冰川期记录进行了比较,发现两者之间有很强的相关性。他们也在寻找火山活动的减少,这可能冷却了气候。但研究人员说,它们的影响力要弱得多。

怀俄明大学地球化学家Kimberly Lau称这项工作“在构思上令人兴奋,在执行上新颖”。然而,Lau希望能从古代沉积物中找到直接证据,证明碰撞导致岩石风化。“他们必须去水里研究这些东西。”Lau说。

Macdonald在演讲的最后说,该团队模型的美妙之处在于,它不仅解释了冰河期为何开始,也解释了冰河期为何停止。温暖似乎是这个星球的默认状态,在过去5亿年的3/4时间里占主导地位。印尼式的碰撞可能会将全球气候推入冰河时期,但只是暂时的。山脉侵蚀,大陆漂移。地球又变暖了。(唐一尘)

《中国科学报》 (2019-01-11 第3版 国际)
 
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