火山是地球长期气候的安全阀

南安普敦大学的科学家们发现，在地质时期，广泛的火山链负责排放和去除大气中的二氧化碳 (CO 2 )。这稳定了地球表面的温度。

研究人员与悉尼大学、澳大利亚国立大学 (ANU)、渥太华大学和利兹大学的同事合作，探索了过去 4 亿年来固体地球、海洋和大气过程的综合影响。他们的发现发表在《自然地球科学》杂志上。

地球表面岩石的自然分解和溶解称为化学风化。这非常重要，因为风化产物(钙和镁等元素)通过河流冲入海洋，在那里形成锁定 CO 2 的矿物质。这种反馈机制在地质时期调节大气 CO 2水平，进而调节全球气候。

“在这方面，地球表面的风化起到了地质恒温器的作用，”主要作者、南安普敦大学地球科学副教授、图灵研究所研究员汤姆·格农博士说。“但事实证明，由于地球系统的复杂性，基本控制措施难以确定”。

现今位于俄罗斯远东堪察加半岛的弧火山。图片来源：Tom Gernon，南安普顿大学

“许多地球过程是相互关联的，过程及其影响之间存在一些主要的时间滞后”，澳大利亚国立大学海洋与气候变化教授、该研究的合著者 Eelco Rohling 解释说。“因此，了解地球系统响应中特定过程的相对影响一直是一个棘手的问题”。

为了解开复杂性，该团队构建了一个新颖的“地球网络”，结合了机器学习算法和板块构造重建。这使他们能够确定地球系统内的主要相互作用，以及它们如何随时间演变。

研究小组发现，火山弧是过去 4 亿年来风化强度最重要的驱动因素。今天，弧由火山链组成，例如南美洲的安第斯山脉和的喀斯喀特山脉。这些火山是地球上海拔最高、侵蚀速度最快的特征之一。由于火山岩破碎并具有化学反应性，它们会迅速风化并冲入海洋。

南安普敦大学地球化学教授、该研究的合著者 Martin Palmer 说：“这是一种平衡行为。一方面，这些火山喷出大量 CO 2，增加了大气中的 CO 2水平。另一方面一方面，这些火山通过快速的风化反应帮助去除了这些碳。”

在过去的 4 亿年里，全球化学风化一直以火山弧为主(图：俄罗斯堪察加半岛巴肯宁火山的河流)。图片来源：Tom Gernon，南安普顿大学

该研究对一个长期存在的概念表示怀疑，即地球在数千万到数亿年间的气候稳定性反映了海底风化和内部之间的平衡。“数据不支持陆地和海底之间的这种地质拉锯战作为地球表面风化的主要驱动因素的想法，”格农博士说。

“不幸的是，结果并不意味着大自然会拯救我们免受气候变化的影响”，Gernon 博士强调说。“今天，大气中的 CO 2水平比过去 300 万年的任何时候都高，人为排放量大约是火山 CO 2排放量的150 倍。似乎在遥远的过去拯救了地球的弧根本没有达到帮助抵消当今 CO 2排放所需的规模”。

但该团队的发现仍然为社会如何管理当前的气候危机提供了重要的见解。人工增强的岩石风化——岩石被粉碎并散布在陆地上以加快化学反应速率——可以在安全地从大气中去除 CO 2方面发挥关键作用。该团队的研究结果表明，可以通过使用钙碱性火山物质(含有钙、钾和钠的物质)来优化部署此类计划，就像在弧环境中发现的物质一样。

“这绝不是解决气候危机的灵丹妙药——我们迫切需要根据IPCC 缓解途径减少 CO 2排放，句号。我们对长期风化反馈的评估可能有助于设计和评估大规模加强风化计划，这只是应对全球气候变化所需的步骤之一”，Gernon 博士总结道。

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