地球在其演化历史中多次在寒冷的“冰屋”时期与温暖的“温室”状态之间切换。长期以来，学界普遍将这类剧烈气候变化与大气二氧化碳浓度的起伏联系在一起，但一项新研究指出，碳的来源与驱动机制可能比既有认识更为复杂。

研究团队在《Communications, Earth and Environment》发表论文称，板块构造运动对地球长期气候的影响可能被低估。研究认为，除传统关注的板块汇聚带外，板块相互远离的区域同样在地质尺度上影响碳循环，并进而影响气候。

追踪“深碳循环”

在板块汇聚边界，常形成火山弧等火山链。火山活动可将岩石中长期封存的碳释放至地表，因此火山弧曾被广泛视为向大气注入二氧化碳的主要来源。

不过，该研究提出不同观点：中洋脊与大陆裂谷等板块分离带，可能在更长的地质时期内对碳循环发挥更关键作用。研究指出，海洋会从大气中吸收大量二氧化碳，并将其中相当部分以富碳沉积物形式储存在海底岩石中，经过长期累积可形成数百米厚的富碳沉积层。随着板块运动，这些富碳岩石可能被输送至汇聚带并通过俯冲进入地球内部，随后在相关地质过程中重新释放二氧化碳回到大气中。研究将这一跨越地球内部、海洋板块与大气之间的碳迁移过程称为“深碳循环”。

为追踪上述碳流动，研究团队使用计算机模型重建构造板块在地质时期的迁移，并据此评估碳在不同构造环境中的释放与封存。

模型结果与气候状态对应

研究称，通过对过去5.4亿年板块携碳运动的模拟，可以预测主要的温室期与冰屋期。模型显示，在温室期，释放到大气中的碳量高于被富碳岩石捕获并封存的碳量；而在冰屋气候阶段，更多碳被封存在海洋及海底沉积物中，从而降低大气二氧化碳水平并与降温相对应。

研究强调，深海沉积物在调节大气二氧化碳方面具有关键作用：板块缓慢移动将富碳沉积物带入俯冲带并回输至地球内部的过程，被认为是决定地球处于温室还是冰屋状态的重要因素。

对火山弧贡献的时间尺度修正

论文同时对火山弧在碳排放中的相对重要性提出时间尺度上的修正。研究称，火山弧释放碳在过去约1.2亿年内变得更为主导，与浮游钙质生物的出现与扩散有关。

研究指出，这类小型海洋生物能够将溶解碳转化为方解石，并促使大量碳以沉积物形式封存在海底。相关生物约在2亿年前进化，并在约1.5亿年前扩散至全球海洋。研究认为，过去1.2亿年火山弧释放碳占比较高，主要与这些生物形成的富碳沉积物在板块运动与俯冲作用下被再循环有关。相较之下，在更早时期，中洋脊与大陆裂谷等板块分离区域的碳排放对大气二氧化碳的贡献更为显著。

对气候研究的启示

研究团队表示，结果为理解地球构造过程如何塑造气候提供了新的视角：地球气候不仅与大气碳水平相关，也受到地表碳排放与海底沉积物碳封存之间长期平衡的影响。研究还称，这些发现可为气候模型提供参考，尤其是在当前对二氧化碳水平上升的关注背景下。

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