坐落于西阿尔卑斯山群峰中的采尔马特。
在地球历史上，每隔一段时间就会出现较长的降温时期。250万年前，最近的一次冰河时期开始了。但在此之前1千万年的时间里，温度就已经开始下降，在那段时期，北半球上覆盖着大量的冰块和冰川。
数十亿年来，岩石风化过程，尤其是碳酸岩的化学风化作用，一直控制着地球的气候。二氧化碳在雨水中溶解时就会产生碳酸。因此，风化作用能够将二氧化碳从地球大气中去除，这一过程恰好与火山向大气提供二氧化碳的进程相抵消。目前为止广泛传播的范式提出，在过去的1500万年里，随着大型山脉的形成，侵蚀过程增加了，与此同时，能够吸收二氧化碳的岩石风化作用也增加了。事实上，对海洋沉积物的地球化学测量显示，在这一时期，大气中二氧化碳的比例已经大幅下降。
在近日发表于《自然》杂志上的一项新研究中，德国苏黎世联邦理工学院的Jeremy Caves-Rugenstein，美国斯坦福大学的Dan Ibarra和德国波茨坦GFZ德国地球科学研究中心的Friedhelm von Blanckenburg提出，这一范式需要改写：在研究所涉及的时期内，岩石的风化作用是恒定的。不同的是，陆地表面“反应活性”的增加导致了大气中二氧化碳的减少，从而使地球变冷。
GFZ的Friedhelm von Blanckenburg解释道：“如果大气损失的二氧化碳与风化作用（由侵蚀造成）结合的一样多，那么在不到一百万年的时间里，大气中将几乎不会留下任何二氧化碳。所有的水都会冻结成冰，生命会很难存活。但事实并非如此。”
在2010年，von Blanckenburg和他的同事Jane Willenbring也有一项研究发表在《自然》杂志上，他们在其中指出，以上这些怀疑是有道理的。“我们测量了地球大气中宇宙辐射产生的稀有同位素铍-10，以及它与海洋沉积物中稳定同位素铍-9的比值，结果表明，陆地表面的风化作用根本没有增加。” Friedhelm von Blanckenburg说。
在目前发表的新研究中，Caves-Rugenstein、Ibarra和von Blanckenburg进一步利用海洋沉积物中锂元素稳定同位素的数据作为风化过程的指标。他们想知道，除了稳定的岩石风化进程，大气中的二氧化碳含量还能通过何种方式减少。他们将数据输入了一个全球碳循环的计算机模型。
事实上，该模型的结果表明，陆地表面风化的可能性增加了，但风化的速度却没有达到实际值。研究人员将这种风化的可能性称为陆地表面的“反应活性”。“反应活性描述了化合物或元素参与反应的难易程度。”Friedhelm von Blanckenburg解释说。如果地表的未风化岩石较多，那么具有反应活性的岩石也就更多，类似严重风化的岩石与大量二氧化碳之间的反应，这些岩石与大气中少量二氧化碳的化学反应同样是广泛的。因此，不需要风化作用加速，大气中二氧化碳的减少及其导致的降温也能够解释得通了。
“但我们需要一个地质过程来恢复地表的活力，并使其更具‘反应活性’，”Friedhelm von Blanckenburg说道，“这不一定得是大型山脉的形成。同样，构造裂缝，侵蚀的小幅增加或其他类型岩石的暴露可能导致更多具有风化可能性的材料在地表显现出来。无论如何，关于在最后一个冰河时代之前的降温现象，我们的新假设一定要引发大家对于这一问题在地质学上的重新思考。”
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编译：李华 审稿：阿淼 责编：张梦
期刊来源：《自然》 期刊编号：0028-0836
原文链接：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-07/ggph-ml070219.php
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