研究：4亿年前气候调节的变化伴随着碳硅循环的根本改变

美因茨大学（Johannes Gutenberg University Mainz，简称JGU）的地球科学家Philip Pogge von Strandmann教授表示：“前寒武纪的稳定状态转变为我们今天看到的更不稳定的气候，可能是由于新生命形式的出现和传播。”

他跟耶鲁大学的研究人员在海洋沉积物中锂同位素的帮助下对碳硅循环的长期演化进行了追踪。这个循环被认为是控制地球气候的关键机制，因为它会调节二氧化碳水平并随之调节温度。研究人员的发现最近发表在《自然》上。

碳硅循环是气候的关键调节器

尽管太阳光度、大气氧浓度和地壳的组成有很大的变化，但碳硅循环使地球的气候在很长一段时间内保持稳定。这种稳定的气候为生命在地球上长期定居创造了条件并使最初的简单生命形式和后来的复杂生命形式在数十亿年的时间里得以发展。碳硅循环通过调节大气中二氧化碳的水平而促成了这一点。

由于风化作用和沉积作用，硅酸盐岩石转变为碳酸盐岩，而碳酸盐岩又通过火山作用等因素重新转变为硅酸盐岩石。当硅酸盐岩石转化为碳酸盐岩石时，二氧化碳从大气中被去除，而相反的过程则会再次释放出二氧化碳。“我们认为这是地球气候长期稳定的主要机制，”Pogge von Strandmann说道。

为了追溯碳硅循环的长期历史和更好地理解控制地球气候的精确关系，研究小组研究了海洋碳酸盐中锂同位素的比例。锂只存在于硅酸盐岩石及其硅酸盐和碳酸盐风化产物中。研究小组分析了600多份沉积在浅层原始海水中的沉积物样本，这些样本来自世界各地的100多个不同的岩层，其中包括加拿大、非洲和中国。“我们用这些样本创建了一个涵盖过去30亿年的新数据库，”Pogge von Strandmann说道。

这些数据显示，从30亿年前到4亿年前，海洋中锂-7和锂-6同位素的比例很低，然后突然出现增加。正是在这个时期，陆地植物进化了，同时，海绵动物和放射虫等骨骼由硅组成的海洋动物遍布了海洋。Philip Pogge von  Strandmann教授补充称：“两者都起了作用，但到目前为止，我们还不知道这两个过程是如何耦合的。”

“粘土工厂”向土地的迁移影响了碳硅循环

研究结果表明，在地球的过去，粘土（一种由非常细的颗粒组成的次生硅酸盐岩石）的形成程度发生了巨大的变化–可能是由于陆地上粘土形成的增加和海洋中粘土形成的减少。粘土的形成是碳硅循环的关键组成部分，它影响锂同位素的比例。在陆地上，它是由硅酸盐岩石的广泛风化作用造成的，但在海洋中，涉及到一系列不同的过程。增加的大陆粘土形成被认为降低了大气中的二氧化碳水平。相比之下，被称为“反向风化”的海洋粘土的形成则会释放二氧化碳，所以它的减少同样会降低大气中的二氧化碳水平。

研究人员们表示，这表明，随着时间的推移，地球上的气候调节模式及这一过程发生的主要地点发生了巨大的变化：“前寒武纪的地球状态向现代状态的转变可能要归功于重大的生物创新–海绵动物、放射虫、硅藻和陆生植物的辐射。”从那以后，这种气候调节的改变的结果已经非常明显，其表现为寒冷的冰川期和温暖的冰川期之间的频繁交替。然而这种气候的不稳定性反过来又有助于加速进化。