冰河時代發生在熱帶島嶼和大陸碰撞的時候

冰河時代發生在熱帶島嶼和大陸碰撞的時候

加利福尼亞大學的科學家們認為他們知道為什麼在過去的十億年裡，地球通常溫暖宜人的氣候偶爾會被寒流打斷，寒流用冰覆蓋兩極，偶爾會把地球變成一個雪球。他們說，關鍵的觸發因素是熱帶地區的山脈形成，因為大陸板塊與火山島弧發生碰撞，比如阿拉斯加的阿留申群島。

在很大程度上，地球的氣候是由大氣中二氧化碳的數量所驅動的，而二氧化碳可以吸收熱量並使地球變暖。儘管自工業革命以來，化石燃料的燃燒已將二氧化碳濃度推高至300萬年未見的水平，但在地球歷史上，二氧化碳濃度甚至更高，這與沒有大冰原存在的溫暖時期相吻合。

事實上，地球默認的氣候似乎是溫暖和溫和的。在過去的10億年裡，沒有冰川的時期佔了四分之三。然而，在那段時間裡，有6個冰河時代使地球變冷，其中兩個冰河時期的嚴寒程度足以使地球變成一個冰雪覆蓋的雪球地球。是什麼引起了這些寒冷的間歇?

在一項研究中，研究小組得出結論，當火山弧與熱帶大陸發生碰撞時(這是地球不斷移動的構造板塊的必然結果)，它們會引發全球變冷，導致冰川氣候和廣泛的冰蓋。隨著印尼群島的部分地區被推入澳大利亞北緣的山區，這樣的碰撞正在發生。其結果是，有些山脈含有被稱為蛇綠岩的岩石，它們具有從大氣中去除碳的高能力。在地質時期，火山釋放的二氧化碳和岩石化學反應消耗的二氧化碳之間存在著一種平衡作用。富含鈣和鎂的岩石，如蛇綠岩，是最有效地消耗二氧化碳的。當這些元素從岩石中釋放出來後，它們與二氧化碳結合，進入海洋，在那裡形成石灰岩，將二氧化碳鎖定在岩石中，並在岩石中存留數百萬年。

“地球有一個長期的碳封存計劃，”加州大學伯克利分校的地球和行星科學助理教授尼古拉斯·斯旺森-海塞爾(Nicholas Swanson-Hysell)說。我們知道這些過程保持了地球氣候的平衡，但要確定是什麼原因導致非冰川氣候和冰川氣候在數百萬年的時間尺度上發生變化，是一個長期存在的謎。”不幸的是，對地球的未來來說，消耗二氧化碳的地質過程是緩慢的，無法與石油、煤炭和天然氣燃燒所產生的大量二氧化碳排放相抗衡。斯旺森-海塞爾說，數千年來，地球的自然碳吸收計劃將恢復平衡，但這將是對現代文明的漫長等待。現代文明在地球目前較冷的氣候條件下取得了巨大成功。

2017年，Swanson-Hysell和Macdonald提出，4.45億年前的一次大冰河期是由一次類似於今天印度尼西亞發生的碰撞引發的。那次碰撞發生在阿巴拉契亞山脈建設的第一階段，當時美國東部位於熱帶地區。在溫暖潮溼的熱帶地區，風化作用最終能更有效地吸收碳，從而減少大氣中的二氧化碳，使地球在數百萬年的時間裡保持更涼爽。加州大學研究人員的工作基於一項類似的提議，該提議由麻省理工學院的Macdonald和Oliver Jagoutz提出，在過去的9000萬年中，這樣的過程對於降溫非常重要。這項新研究加強了這種熱帶碰撞與全球氣候之間的聯繫。

在最近的研究中，伯克利/聖巴巴拉/麻省理工學院的研究小組使用了地球古地理的最先進模型，重建了過去5億年間這類造山事件的位置。他們發現，在這段時間裡，所有三個主要的冰河時代都是在熱帶地區的火山弧大陸碰撞之前發生的，而在熱帶以外沒有任何碰撞觸發過冰河時代。斯旺森-海塞爾說:“雖然我們認為這個過程很重要，但是熱帶地區的這種環境和冰川氣候之間的關係比我們預期的要清楚。”

該小組的理論也解釋了冰河時代結束的原因。當這樣的碰撞逐漸停止，露出的岩石越來越少，或者當岩石漂移出熱帶雨林時，碳封存的效率越來越低，隨著火山釋放氣體的繼續，二氧化碳水平上升，地球再次變暖，進入非冰川氣候。