地球化學(xué)模型暗示：地球的溫度控制具有內(nèi)置的限制機(jī)制 _地球

地球化學(xué)家Katherine Maher
（）據(jù)中國科學(xué)報(bào)（張章）：很明顯，地球擁有一個(gè)恒溫器，幫助生命在這里連續(xù)繁榮了30億年甚至更久。但研究人員數(shù)十年來一直在爭論恒溫器是如何運(yùn)轉(zhuǎn)的——尤其當(dāng)某些事物重設(shè)溫度時(shí)，例如4000萬年前，地球開始從“溫室”氣溫轉(zhuǎn)入“冰庫”溫度。地球科學(xué)家懷疑，喜馬拉雅山的升高觸發(fā)了寒流加速發(fā)展，但是沒有人能解釋是什么使地球免于重回冰河時(shí)代。
近日，在線發(fā)表于《科學(xué)》雜志的一個(gè)地球化學(xué)模型暗示，地球的溫度控制具有內(nèi)置的限制機(jī)制，這根植于巖石和水流的化學(xué)反應(yīng) 。該模型由美國加利福尼亞州斯坦福大學(xué)地球化學(xué)家Katherine Maher和C. Page Chamberlain提出。他們將地球氣候控制系統(tǒng)視為一個(gè)工業(yè)化學(xué)品反應(yīng)器，并用巖石、空氣和水流代替了管道、大桶和閥門。
火山爆發(fā)能提供二氧化碳，這種溫室氣體可以加熱地球。但二氧化碳也能溶于水，變成能溶解巖石的碳酸。這種酸的產(chǎn)物會風(fēng)干然后進(jìn)入河流，匯入大海。在那里，微觀動物將它們與來自空氣的更多二氧化碳結(jié)合，以形成更堅(jiān)硬的骨骼。動物死后，其最終被埋葬在海床之下。
【地球化學(xué)模型暗示：地球的溫度控制具有內(nèi)置的限制機(jī)制】地球科學(xué)家贊成通過將二氧化碳吸出大氣層并埋藏，這個(gè)巨大的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)能避免溫室氣體將地球變成一個(gè)像金星一樣炙熱的地獄。山脈在這里扮演了重要角色。例如，你可能會猜測，亞馬遜河搬運(yùn)的大部分溶解巖石來自積水的亞馬遜盆地，因?yàn)樗髟谀抢锖馁M(fèi)了大量時(shí)間。實(shí)際上，大部分溶解巖石來自安第斯山脈。盡管水流快速穿過這里，但仍在升高的山脈還是提供了新鮮、易于風(fēng)化的礦物質(zhì)，而相比之下，盆地土壤日益貧瘠，貢獻(xiàn)寥寥無幾。
因此，山脈隆起理應(yīng)加速巖石風(fēng)化，并降低恒溫作用。上世紀(jì)90年代初期，美國紐約萊蒙特—道荷提地球觀測所氣候?qū)W家Maureen Raymo及其同事提出， 4000萬年前發(fā)生的喜馬拉雅山和青藏高原隆起增強(qiáng)了侵蝕作用及此類酸化物風(fēng)干，并從大氣中吸收二氧化碳，最終冷卻了氣候。但是批評者提到，這一過程是如何在將氣候帶入一個(gè)深度凍結(jié)前回穩(wěn)的？沒有人有好的答案。
Maher和Chamberlain嘗試了一個(gè)新方法。之前的地球化學(xué)模型簡單地插入有關(guān)風(fēng)化作用速度的假設(shè)，而他們的模擬還包括詳細(xì)的風(fēng)化過程。結(jié)果顯示，風(fēng)化作用的效果主要依賴兩個(gè)因素：水流與土壤中新鮮和易風(fēng)化巖石的接觸時(shí)間，以及水承載的化學(xué)熱力學(xué)所允許的溶解礦物質(zhì)最大負(fù)載量所需要的時(shí)間。
該模型顯示了，伴隨著安第斯山脈等主要山脈升高的加速侵蝕作用是如何回收更多的碳到海床，并冷卻地球的。但是熱力學(xué)負(fù)載極限限制了即使最快的造山運(yùn)動對氣候的冷卻程度。另一個(gè)因素也是如此。低溫促使風(fēng)化作用更加緩慢。作為結(jié)果，全球變冷放慢了整個(gè)大陸的風(fēng)化作用，并控制了造山運(yùn)動帶來的冷卻。這些答案反駁了喜馬拉雅山造山運(yùn)動可能使地球陷入酷寒的猜測。
“他們得出了一個(gè)絕妙理論。”美國耶魯大學(xué)榮譽(yù)教授、地球化學(xué)模型家Robert Berner說，“他們正在進(jìn)行一個(gè)比之前更精密復(fù)雜的工作，也讓它更有趣。”賓夕法尼亞州立大學(xué)伯克分校地球化學(xué)模型家Lee Kump指出，將風(fēng)化作用細(xì)節(jié)和造山運(yùn)動統(tǒng)一在一起，解決了過去模型出現(xiàn)的矛盾。他稱這項(xiàng)工作是“簡潔明確的” 。
Kump指出，目前實(shí)地考察工作者知道他們需要改善哪些測量值，例如水流如何穿過流域盆地等。將更多真實(shí)數(shù)據(jù)輸入模型，研究人員能夠更進(jìn)一步建立自信，相信自己模擬的地球化學(xué)反應(yīng)器與水、氣體和巖石的真實(shí)情況相匹配。

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