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CO2部碳释放和表层碳消耗之间的动态平衡。
地球深部碳是CO2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SO2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CO2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CO2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。
引用本文
王永达,杨石岭,沈冰,等.地球深部过程与极热和极冷事件.科学通报,2024,69:215–229
Wang YD,Yang S L, Shen B, et al. Links between deep Earth processes and hyperthermal and extreme cooling events (in Chinese). Chin Sci Bull, 2024, 69: 215–229
