研究发现4亿年前陆地植物的出现改变了地球的气候控制体系

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根据伦敦大学学院(UCL)和耶鲁大学研究人员领导的一项新研究,大约4亿年前,植物在陆地上的出现可能改变了地球自然调节气候的方式。碳循环是碳在岩石、海洋、生物和大气中运动的过程。作为地球的天然“恒温器”,它长期调节着地球的温度。

研究发现4亿年前陆地植物的出现改变了地球的气候控制体系-第1张图片-IT新视野

在《自然》杂志上发表的一项新研究中,研究人员观察了过去30亿年的岩石样本,发现证据表明,当植物在大约4亿年前开始出现在陆地上时,循环的方式发生了巨大的变化。研究人员特别指出,岩石中记录的海水化学成分发生了变化,表明全球粘土“粘土矿物工厂”的形成发生了重大变化,从海洋到陆地。

由于海洋中粘土的形成(逆风化),二氧化碳被释放到大气中,而陆地上的粘土则是化学风化的副产品,它可以去除空气中的二氧化碳,从而降低大气中的碳含量,导致地球更冷,形成“跷跷板”气候,冰期和暖期交替出现。

研究人员认为,这种转化是由于陆生植物的扩散使土壤和粘土留在陆地上,阻止碳被冲入海洋,以及以硅为骨架和细胞壁的海洋生物的生长,如海绵、单细胞藻类和放射虫(一组原生动物),导致粘土形成所需的海水中硅的减少。

资深作者Philip Pogge von strandmann博士(UCL地球科学)说:“我们的研究表明,在地球历史的大部分时间里,碳循环的工作方式与今天完全不同。

“这种转变是在4亿到5亿年前逐渐发生的,似乎与当时的两大生物创新有关:植物在陆地上的传播和海洋生物的生长,海洋生物从水中提取硅来制造骨骼和细胞壁。”

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“在这一变化之前,大气中的二氧化碳仍然很高,导致了稳定的温室气候。从那时起,我们的气候在冰河期和温暖期之间来回波动。在这一时期,复杂生命的进化加速,陆地动物首次形成。碳含量较少的大气对变化也更敏感,使人类更容易通过燃烧化石燃料来影响气候。”

耶鲁大学的博士生boriana kalderon asael和该研究的第一作者说:“通过测量地球上大部分历史上的岩石中的锂同位素,我们研究了在大时间尺度上碳循环的运行是否有任何变化。”我们发现它发生了变化,这种变化似乎与陆地上植物和海洋中使用硅的动物的生长有关。”

在这项研究中,研究人员测量了从世界各地不同地点采集的600个岩石样本中的锂同位素。锂有两种天然存在的稳定同位素,一种有三个质子和三个中子,另一种有三个质子和四个中子。

当粘土在陆地上慢慢形成时,它强烈地倾向于Li-6,用另一种较重的同位素Li-7来丰富周围的水。研究人员利用质谱仪分析他们的样品,发现岩石中记录的海水中锂同位素-7的含量在4亿到5亿年前上升,表明地球上粘土生产的重大转变,与陆地上植物的扩散和使用硅的海洋生物的出现相一致。

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粘土作为化学风化的残留物在陆地上形成,这是从大气中清除二氧化碳的主要长期过程。当大气中的碳与水结合形成一种弱酸,即碳酸,以雨的形式落到地面上,溶解岩石,释放包括钙离子在内的离子,并流入海洋时,就会发生这种情况。最终,碳被锁在海底的岩石中。相比之下,一旦植物腐烂,光合作用产生的碳的减少就会被抵消,并且在几百年的时间里很少影响二氧化碳的含量。

当粘土在海洋中形成时,碳留在水中,并最终释放到空气中,这是空气与水接触时碳不断交换的一部分。

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