一項(xiàng)新的研究稱，格陵蘭冰原的存在歸因于過去一??千五百萬年來東南亞一小群島嶼的生長-從蘇門答臘到新幾內(nèi)亞。

根據(jù)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校，加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校和法國圖盧茲一家研究所的研究人員的分析，隨著澳大利亞大陸將這些火山島趕出海洋，巖石暴露于雨水和二氧化碳的共同作用下，這是酸性的。巖石中的礦物質(zhì)溶解并被碳清洗并排入海洋，消耗了足夠的二氧化碳來冷卻地球，并在北美和北歐形成大量的冰蓋。

加州大學(xué)伯克利分校地球與行星科學(xué)副教授，研究的高級(jí)作者尼古拉斯·斯旺森-海塞爾說：“ 在這些火山島上，澳大利亞大陸的地殼正在推入這些火山島，給了你真正的高山。” “因此，在溫暖濕潤的地區(qū)，以及擁有自然吸收碳的能力的許多巖石類型中，您的土地面積增加了很多，而且非常陡峭。”

從大約一千五百萬年前開始，這座熱帶山區(qū)建筑在大氣中吸收了二氧化碳，從而降低了溫室效應(yīng)的強(qiáng)度并為地球降溫。大約三百萬年前，地球的溫度已經(jīng)足夠涼爽，可以使雪和冰在整個(gè)夏天保持存在，并在北半球長成巨大的冰蓋，就像今天的格陵蘭一樣。

一旦北半球的冰蓋生長，其他氣候動(dòng)力就會(huì)導(dǎo)致每40,000至100,000年的冰川最大和最小循環(huán)。在大約15,000年前的最新冰川最高峰時(shí)，大量的冰蓋覆蓋了加拿大大部分地區(qū)，美國北部，斯堪的納維亞半島和不列顛群島的大部分地區(qū)。

斯旺森-海塞爾說：“如果不是由于東南亞諸島發(fā)生的碳固存，我們就不會(huì)以包括格陵蘭冰蓋以及這些冰川和冰川間的循環(huán)在內(nèi)的氣候?yàn)樽罱K結(jié)局。” “我們不會(huì)超過這個(gè)大氣CO 2閾值來引發(fā)北半球冰蓋。”

由于人類排放物增加了大氣中二氧化碳的濃度，北部冰蓋的周期性增長和下降(冰川最大和最小周期)可能被推遲了。

Swanson-Hysell說：“這一過程耗費(fèi)了數(shù)百萬年，而我們在100年后逆轉(zhuǎn)了。” “在接下來的數(shù)萬至數(shù)十萬年中，東南亞等地的地質(zhì)過程將再次降低大氣中的CO 2含量-當(dāng)人類面臨當(dāng)前全球變暖的影響時(shí)，這一步伐令人沮喪地緩慢。”

加州大學(xué)伯克利分校的博士生Yum Park，Swanson-Hysell及其同事，包括加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校的Francis Macdonald和圖盧茲環(huán)境科學(xué)的YvesGoddéris，將在本周的《美國國家科學(xué)院院刊》上發(fā)表他們的發(fā)現(xiàn)。

巖石固碳的風(fēng)化

長期以來，地質(zhì)學(xué)家一直在猜測周期性加熱和冷卻行星，偶爾用冰覆蓋整個(gè)地球并將其轉(zhuǎn)變?yōu)樗^的雪球地球的過程。

一旦科學(xué)家們意識(shí)到，在數(shù)百萬年的歷史中，構(gòu)造過程像巨大的拼圖碎片一樣在地球上移動(dòng)著陸地，他們尋求在大陸運(yùn)動(dòng)(和碰撞)與冰河時(shí)期之間建立聯(lián)系。地球軌道的周期是導(dǎo)致40,000或100,000年的溫度波動(dòng)(覆蓋長期變暖和冷卻)的原因。

在過去的五千萬年中，亞洲喜馬拉雅山脈在中緯度地區(qū)的崛起一直是降溫和在沒有冰蓋的延長地質(zhì)間隔之后開始冰川氣候的主要人選。然而，幾年前，Swanson-Hysell和Macdonald看到，熱帶地區(qū)的山區(qū)建設(shè)與過去5億年的冰期開始與時(shí)間間隔之間存在相關(guān)性。

在2017年，他們提出4.45億年前的主要冰河時(shí)代是由熱帶地區(qū)的山區(qū)建筑引發(fā)的，隨后在2019年，冰川氣候的最后四個(gè)時(shí)間間隔以及各大洲和熱帶地區(qū)之間的碰撞更加完整地相關(guān)了島弧。他們認(rèn)為，增加巖石暴露量與可以隔離碳的礦物質(zhì)和充足的熱帶雨水的結(jié)合，對于從大氣中吸收二氧化碳特別有效。

該過程涉及對消耗二氧化碳的巖石進(jìn)行化學(xué)溶解，然后將其鎖定在碳酸鹽礦物中，從而在海洋中形成石灰?guī)r。Swanson-Hysell說，您在海灘上發(fā)現(xiàn)的貝殼中的鈣可能來自世界另一端的熱帶山脈。

Swanson-Hysell說：“我們建立了有關(guān)這些類型的山區(qū)建筑事件的新數(shù)據(jù)庫，然后重建了這些事件發(fā)生的緯度。” “然后，我們看到，當(dāng)在熱帶地區(qū)(東南亞地區(qū))建造大量此類山峰時(shí)，會(huì)出現(xiàn)大量的降溫。東南亞島嶼是我們也看到的最佳過程的類似物過去。”

在當(dāng)前的論文中，Park，Swanson-Hysell和Macdonald與Goddéris合作，更精確地模擬了隨著東南亞島嶼面積的變化而產(chǎn)生的二氧化碳水平。

研究人員在過去的1500萬年中隨著島嶼的增長重新建立了它們的大小，主要集中在最大的島嶼：爪哇，蘇門答臘，菲律賓，蘇拉威西島和新幾內(nèi)亞。他們計(jì)算得出，這些島嶼的面積從1500萬年前的30萬平方公里增加到今天的200萬平方公里。加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校的研究生埃里爾·安提拉(Eliel Anttila)是加州大學(xué)伯克利分校的地球與行星科學(xué)本科生，并且是該論文的合著者，為研究的這一方面做出了貢獻(xiàn)。

然后，他們使用Godderis的GEOCLIM計(jì)算機(jī)模型來估算這些島嶼的生長如何改變大氣中的碳水平。與UC Berkeley博士后學(xué)者Pierre Maffre一起，他最近獲得了博士學(xué)位。在Godderis的實(shí)驗(yàn)室中，他們更新了模型，以說明不同巖石類型的可變影響。該模型與氣候模型關(guān)聯(lián)，以便將CO 2含量與全球溫度和降水聯(lián)系起來。

他們發(fā)現(xiàn)，通過從海洋沉積物中的氧同位素組成重建的結(jié)果，太平洋東南邊緣的土地面積增加與全球降溫相對應(yīng)。盡管斯旺森·海塞爾(Swanson-Hysell)承認(rèn)，估算一百萬年前的CO 2水平是困難且不確定的，但從該模型推斷出的二氧化碳水平也與一些基于測量的估算值相匹配。

根據(jù)他們的模型，僅東南亞島嶼的化學(xué)風(fēng)化就將CO 2的水平從1500萬年前的500百萬分之一(ppm)降低到500萬年前的大約400 ppm，最后降低到工業(yè)化前的280水平ppm?；剂系娜紵呀?jīng)使水平碳的二氧化碳在大氣中尚未看到地球上億萬年的411 ppm的層次。

雖然估計(jì)北極冰川的臨界值約為二氧化碳的 280 ppm ，但南極冰蓋形成的臨界值卻高得多：約為750 ppm。這就是為什么南極冰蓋的形成要比北極的冰蓋形成的時(shí)間更早(大約3400萬年前)。

盡管研究人員的模型不允許他們隔離喜馬拉雅山脈上升的氣候影響，但僅在東南亞島嶼地區(qū)的情景就可以解釋北半球冰蓋的出現(xiàn)。他們確實(shí)探索了大約在同一時(shí)間發(fā)生的火山事件的影響，包括大量的熔巖流或洪水玄武巖，例如埃塞俄比亞和北美的那些(哥倫比亞陷阱)。盡管有人提議將這種巖石的風(fēng)化作為冰河時(shí)代的觸發(fā)因素，但該模型表明，與東南亞島嶼的崛起相比，這種活動(dòng)的作用很小。

作者總結(jié)說：“這些結(jié)果表明，地球的氣候狀況對熱帶地理的變化特別敏感。”

斯旺森·海塞爾(Swanson-Hysell)稱贊該校區(qū)的法國伯克利基金會(huì)(Berkeley Fund)為與Goddéris的初步合作提供了資源，并獲得了美國國家科學(xué)基金會(huì)(NSF)的“地球科學(xué)前沿研究”計(jì)劃的一筆巨額合作資金，以進(jìn)一步開展本文所涉及的研究。

法國-美國團(tuán)隊(duì)計(jì)劃模擬其他過去的冰河時(shí)代，包括4.45億年前的奧陶紀(jì)冰期，2017年，斯旺森-海塞爾和麥克唐納提出的冰河碰撞是由類似于今天在東南亞諸島發(fā)生的碰撞觸發(fā)的。那次碰撞發(fā)生在阿巴拉契亞山脈建設(shè)的第一階段，當(dāng)時(shí)的美國東部地區(qū)位于熱帶地區(qū)。