研究：极端的二氧化碳温室效应或是年轻地球被加热的答案

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如果没有有效的温室气体，年轻的地球就会冻成一坨冰。究竟是二氧化碳、甲烷还是一种完全不同的温室气体加热了地球，这在科学家中引起了争议。

由科隆大学的Daniel Herwartz博士、哥廷根大学的Andreas Pack教授和奥胡斯大学（丹麦）的Thorsten Nagel教授展开的新研究现在表明，高二氧化碳水平是一个合理的解释。这还将解决另一个地球科学问题：海洋温度显然太高。这项研究现在已经发表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》上。

地球科学中一个备受争议的问题涉及早期海洋的温度。有证据表明它们非常热。对非常古老的石灰岩或硅质岩石上的氧同位素的测量表明海水温度高于70°C，这些岩石可以作为地温计使用。只有当海水改变了它的氧同位素组成，更低的温度才有可能。然而这长期以来被认为是不可能的。

新研究的模型显示，大气中的高二氧化碳水平可能能提供一种解释，因为它们还会引起海洋成分的变化。“因此，高二氧化碳水平将同时解释两种现象：第一，地球上的温暖气候，第二，为什么地温计会出现热海水，”科隆大学的Daniel Herwartz说道，“考虑到海水不同的氧同位素比率，我们将到达接近40°C的温度。”

可以想象的是，大气中也有大量的甲烷。但这不会对海洋的组成产生任何影响。因此，它不能解释为什么氧气地温计显示的温度太高。“这两种现象只能用高水平的二氧化碳来解释，”Herwartz补充道。研究人员估计，二氧化碳的总量约为一巴。这就好比今天的整个大气层都是由二氧化碳组成。

“今天，二氧化碳只是大气中的一种微量气体。与此相比，一巴听起来是一个荒谬的数量。然而，看看我们的姐妹行星金星，其大约90巴的二氧化碳，就可以把事情看清楚了，”哥廷根大学的Andreas Pack表示。

在地球上，二氧化碳最终被从大气和海洋中移除并以煤炭、石油、天然气和黑页岩以及石灰岩的形式储存起来。这些碳库主要分布在大陆上。然而年轻的地球基本上被海洋覆盖，几乎没有任何大陆，所以碳的储存能力是有限的。

“这也解释了从今天的角度来看，年轻地球的二氧化碳含量巨大，”奥胡斯大学的Thorsten Nagel指出，“毕竟，大约30亿年前，板块构造和可以长期储存碳的陆块的发展刚刚提速。”

对于碳循环，板块构造的出现改变了一切。有山脉的大块陆地提供了更快的硅酸盐风化，进而将二氧化碳转化为石灰石。此外，随着海洋板块的俯冲，碳被有效地困在地球的地幔中。板块构造因此导致大气中的二氧化碳含量急剧下降。反复出现的冰期表明，地球上变得明显更冷。

“早先的研究已经表明，古代玄武岩中的石灰石含量表明大气中的二氧化碳含量急剧下降。这跟同一时期氧气同位素的增加很吻合。一切都表明，大气中的二氧化碳含量在板块构造开始后迅速下降，”Daniel Herwartz总结道。不过在这里，“迅速”指的是几亿年。