地球上化石碳的主要来源仍有很大的未知 有多少碳被困在海洋中？

                         杨学祥，杨冬红（吉林大学）

关键提示：据赫瑞瓦特大学(Heriot-Watt University)的Laura Varney2018年11月8日（当地时间）报道，新的研究对气候变化的速度提出了质疑（New research questions the rate of climate change）。2018年11月8日发表在《自然通讯》（Nature Communications）杂志上的这项研究为气候变化的实际发生速度提供了新的线索。

论文第一作者也是通讯作者克莱顿•马吉尔博士说:“目前关于气候变化对海洋环境即将产生的影响的知识还存在一些明显空白。在这项研究中，我们发现地球上化石碳的主要来源仍有很大的未知。我们不知道有多少碳被困在海洋中，但现在我们已经证明了这个过程，它可能对地球气候造成灾难性的威胁。”

事实上，我们很早就提出过警告，新洋壳生成和海底火山活动引发的海温升高和海水中CO₂释放在全球气候变化中的作用不容忽视，这是人为温室效应所不能达到的，因此，这一重要作用值得深入研究。

正文：

我们在2013年指出，现代火山活动有明显致冷的记录：小冰期对应强火山活动，小气候最适期对应弱火山活动。因为火山灰和二氧化硫等火山喷发物到达平流层后，较小的气溶胶可在数月内传播到全球，并可在平流层内持续漂浮1~3年，使太阳直接辐射减弱，造成大气降温。

但是，火山长周期的对应关系却是：火山活动峰值与全球无冰期对应，而谷值与大冰期对应^[27]，地球内能的周期性释放影响全球气候^[28]。海底火山喷发不仅喷出大量的温室气体，而且加热了底层海水，消除了使全球气候变冷的“冷源”，使海水中的CO₂大量释放，这是白垩纪发生最强的全球变暖的原因。相反，伴随火山喷发的减弱，全球变暖规模逐渐减弱，海洋地层水温度不断降低，这是人为释放温室气体所不能替代的。

巨大火成岩省形成时释放的CO₂是导致全球变暖的重要原因，但是导致全球变暖的巨大火成岩省有多种作用，温室效应只是其中的一种。使海洋底层水增温，这是巨大火成岩省无可替代的致暖作用。巨大火成岩省的海台和洋壳产量在白垩纪是最高的，洋壳产量的最高速度为37×10⁶ km³/Ma（目前的洋壳产量为17×10⁶ km³/Ma）^{[29, 30]}，对海洋温度的提高贡献最大。存储在海洋中的碳只要释放2 %，就将使大气中的CO₂含量增加一倍^[31]。海洋是CO₂的储库。在1 个大气压下，海水温度从0℃ 升高为25℃，每克海水可释放约1 cm³体积的CO₂，释放量与残留量的比值约为1：1。目前全球海洋溶解的CO₂是大气中CO₂的13倍，以此比例，海水升温25℃，大气中CO₂的含量应该增加到现在的6.5倍，这表明白垩纪海洋增温释放的CO₂是大气CO₂浓度增高的主要来源，对应于当时间海洋底层水高于现在15℃，大气高于现在10-15℃。新洋壳生成和海底火山活动引发的海温升高和海水中CO₂释放在全球气候变化中的作用不容忽视，这是人为温室效应所不能达到的，因此，这一重要作用值得深入研究。

同样，二氧化碳在大陆地表和海底形成碳酸盐的过程也同样被人忽视，它们是全球气候变冷的重要原因，与大陆造山活动和海底扩张的火山喷发一一对应。非常明显，大气温室气体的增多形成的酸雨和海洋酸性增大都有利于碳酸盐的形成和大气温室气体的减少，并达到一个新的平衡。气候冷暖周期变化是一个最可靠的指标。

地球气候存在不可否认的自然循环：海底藏冷效应——温室气体贮存在海洋中和岩石中——冰期形成——海平面下降海洋地壳上升导致海底张裂地震和火山活动——海底火山喷发造成海洋锅炉效应——海洋温室气体释放到大气——全球变暖导致的冰盖融化和海平面上升——地壳均衡导致挤压地震发生——降水增大形成酸雨使海洋酸度增大——在大陆地表和海洋底层增大二氧化碳形成碳酸盐的机会——温室气体浓度降低导致气候变冷。

图1 海底藏冷效应和海洋锅炉效应

图2 海平面变化导致的地壳均衡运动

图3 白垩纪全球气温变化、海底火山活动、海平面变化、生物灭绝、黑色页岩对应关系

参考文献

1. 杨冬红，杨学祥，刘财。2004年12月26日印尼地震海啸与全球低温[J]。地球物理学进展。2006，21（3）：1023～1027。

Yang Donghong,Yang Xxuexiang, Liu Cai. Global low temperature, earthquake and tsunami (Dec. 26, 2004) inIndonesia[J].Progress in Geophysics, 2006, 21（3）: 1023～1027.

2. 杨冬红，杨德彬，杨学祥. 2011. 地震和潮汐对气候波动变化的影响[J]. 地球物理学报， 54（4）：926-934

Yang D H,Yang D B, Yang X X, The influence oftidesandearthquakes in globalclimatechanges. Chinese Journal of geophysics (in Chinese),2011, 54(4): 926-934

3. 杨冬红，杨学祥。全球变暖减速与郭增建的“海震调温假说”。地球物理学进展。2008，23 (6): 1813～1818。YANG Dong-hong, YANGXue-xiang. The hypothesis of the ocesnic earthquakes adjusting climate slowdownof global warming. Progress in Geophysics. 2008, 23 (6): 1813～1818.

4. 杨冬红, 杨学祥. 北半球冰盖融化与北半球低温暴雪的相关性[J]. 地球物理学进展, 2014, 29(2):610-615. YANG Dong-hong, YANG Xue-xiang. Studyon the relation between ice sheets melting and low temperature in NorthernHemisphere. Progress in Geophysics. 2014, 29 (1): 610～615.

5. 杨冬红，杨德彬，杨学祥。地震和潮汐对气候波动变化的影响。地球物理学报。2011，54（4）：926-934. Yang D H,Yang D B, Yang X X, The influence of tides and earthquakes in global climatechanges. Chinese Journal of geophysics(in Chinese), 2011, 54(4): 926-934

6.  杨冬红，杨学祥. 全球气候变化的成因初探. 地球物理学进展. 2013, 28(4): 1666-1677. Yang X X, Chen D Y. Study oncause of formation in Earth’s climatic changes. Progress in Geophysics (inChinese), 2013, 28(4): 1666-1677.

7. 杨冬红. 2009. 潮汐周期性及其在灾害预测中应用[D][博士论文].长春:吉林大学地球探测科学与技术学院.

Yang Dong-hong. 2009.Tidal Periodicity and its Application in Disasters Prediction[D]. [Ph. D.thesis]. Changchun：College of Geo-exploration Science and Technology, Jilin  University.

8. 杨冬红, 杨学祥.2013.a 地球自转速度变化规律的研究和计算模型. 地球物理学进展, 28（1）：58-70。

Yang D H, Yang XX. 2013a. Study and model on variation ofEarth’s Rotation speed. Progress inGeophysics (in Chinese), 28（1）：58-70.

相关报道

新研究质疑气候变化速度

诸平

据赫瑞瓦特大学(Heriot-Watt University)的Laura Varney2018年11月8日（当地时间）报道，新的研究对气候变化的速度提出了质疑（New research questions the rate of climate change）。 这根据赫瑞瓦特大学莱尔中心（Lyell Centre at Heriot-Watt University）克莱顿•马吉尔博士（Dr. Clayton Magill）的一项开创性的新研究得出的结论，气候变化的发生速度可能比最初想象的还要快。

科学家们测量了海床物质如粘土和沙子的大规模迁移，这一过程持续了数千年。研究发现，持续的移动导致了被困在海底的古代化石被侵蚀，这些化石释放出有害的CO2，而CO2是一种极强的温室气体。研究人员此前认为，这些化石的侵蚀速度明显减慢，因此气候变化速度也会随之变慢。但是2018年11月8日发表在《自然通讯》（Nature Communications）杂志上的这项研究为气候变化的实际发生速度提供了新的线索。

论文第一作者也是通讯作者克莱顿•马吉尔博士说:“目前关于气候变化对海洋环境即将产生的影响的知识还存在一些明显空白。在这项研究中，我们发现地球上化石碳的主要来源仍有很大的未知。我们不知道有多少碳被困在海洋中，但现在我们已经证明了这个过程，它可能对地球气候造成灾难性的威胁。”

克莱顿•马吉尔等人的这项研究还提出了如何最好地应对全球海洋污染的问题。

克莱顿•马吉尔博士说:“我们发现许多污染物粘附在粘土上，随着时间的推移，如果受污染的粘土从一个地区被海水冲运到另一个地区，就会使其受到污染。例如，中国污染的粘土要运送到越南，运输时间可能是几十年或几百年。随着时间的推移，关于气候变化和海洋污染仍有很多东西有待发现，但这项研究强调了一个事实，即气候变化的发生速度可能比学术界曾经认为的要快得多。”更多信息请注意浏览原文或者相关报道。

Transient hydrodynamic effects influence organic carbon signatures in marine sediments

•     Clayton R. Magill, Blanca Ausín, Pascal Wenk, Cameron McIntyre, Luke Skinner,

•     Alfredo Martínez-García, David A. Hodell, Gerald H. Haug, William Kenney &

•     Timothy I. Eglinton

Nature Communicationsvolume 9, Article number: 4690 (2018)

http://blog.sciencenet.cn/blog-212210-1145413.html