讲座报告 Seminar
Luncheon Seminar #101: 碳循环与气候变迁:冰与火  
【时间 Time】:2018-4-2 (星期一) 1:00pm-2:00pm    【浏览次数 Count】:1373   【发布时间 Updated】:2018-3-28
【地点 Venue】:周隆泉楼A3-206   A3-206 Zhou Long Quan Building
【主讲人 Speaker】:孙卫东,研究员    Weidong Sun
【来访单位 Institution】:中国科学院海洋研究所,中国     China
【邀请人 Host】:简星  Xing Jian      【联络人 Contact】:黄迎   Ying Huang 2181571

Bio:
孙卫东主要从事海洋地质、地球化学研究。在板块俯冲的化学过程及成矿、太平洋板块漂移历史及其对中国东部地质事件的影响等方面有重要的建树。共发表论文300余篇,其中,SCI论文210余篇(含2篇Nature正刊第一作者)。SCI他引6000余次,H因子45,入选ESI高引用率名录。主要科研成果如下:

1. 板块俯冲的化学过程与成矿

2. 太平洋板块漂移历史与中国东部地质事件

3. 碳循环与气候变迁

Abstract:
碳循环是控制气候的一个关键,在地球早期,二氧化碳可能像火星、金星等一样,大气中二氧化碳占95%以上。现今地球的大气二氧化碳含量在ppm水平。引起这种大气成分剧烈变化的一个重要原因是水。在地球形成约1亿年时,地球上有了大量的水,碳的循环随之改变。由于水的存在,风化加强,同时开始了板块运动,使碳被俯冲到地球深部。大气中的二氧化碳量迅速下降。碳在被俯冲到地球深部的过程中,绝大多数以金刚石的形式保存。

存储在地幔中的二氧化碳并非永远封存,在适当的条件下,如火山活动等,会释放到大气中,从而影响乃至控制地球的气候。由于地幔中碳主要以金刚石、碳化物的形式存在,而火山喷发过程中碳则主要以二氧化碳、碳酸岩的形式。这个过程需要把碳氧化成二氧化碳。一种观点认为,金刚石可以通过Redox Melting的形式转化为二氧化碳。但是计算显示要氧化大洋玄武岩中30ppm的碳,需要消耗3%左右的三价铁。但是地幔柱岩浆中二氧化碳的量是大洋玄武岩中的10倍以上,需要消耗30%的三价铁。这远远高于地幔中三价铁的比例。而且证据表明地幔柱来源于更还原的地幔深部,其岩浆中三价铁却高于大洋玄武岩。这显然是矛盾的。我们利用第一性原理等提出了在上地幔底部存在一个附件碳酸岩的层位。

二氧化碳可以造成温室效应。最著名的就是雪球事件期间,大气的二氧化碳据估算,可以达到>10%,由此带来的强烈温室效应,使雪球被融化。但是一旦雪球被化开,二氧化碳会大量溶入水中,使温室效应降低。这种负反馈不利于快速、“一去不复返”的化冰过程。而是会出现波折。我们的研究显示,化冰过程会引起甲烷大量释放。由于甲烷的温室效应远高于二氧化碳,这种正反馈可能是维持化冰过程的关键。地球气候的大幅度动荡主要受控于这种二氧化碳与甲烷的协同作用过程。大气中的甲烷会迅速被氧化,与其他二氧化碳一起被水和植被吸收、埋藏,俯冲到地幔中,大气温室效应降低,气候变冷。这样就形成了冰室期-温室期交替的现象。

传统认为早白垩世是超级温室期,全球温度比现在高出10度以上,两极没有冰。我们的研究发现,在125 Ma前后,地球有过一个短暂的冷期,两极有冰。这次冰室期的结束可能有盎通爪哇大火成岩省有关,大火成岩省释放出巨量的二氧化碳,增强温室效应,引起化冰。而化冰又促进甲烷的释放,进一步增温,对应的有大气碳同位素负飘,应该是与甲烷释放有关。