三伏天热到蒸发？是时候聊聊3亿年前的那次"大冰期"了！

小暑年夜暑，上蒸下煮。

无论是海说神聊方地域的铁板烧烤，仍是南边地域的（黄）梅后焖蒸，举国上下，离不开一个字"热"！

_{图片来历：新浪微博}

当挥汗如雨的你得知，我们糊口的这个时代，并不是地球最热的时辰，你会不会感觉很不测？

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这还不是最坏的动静！自工业革命之后，年夜气中二氧化碳浓度敏捷上升，导致了近百年来全球显著的变暖现象，慢慢打破了地球系统原有的自均衡状况。

_{现代年夜气二氧化碳浓度转变（横坐标是年度，纵坐标是浓度ppm）（图片来历：Chen et.al,2018）}

这也意味着，将来我们或要面对更为炽烈的炎天！

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别严重，因为……

这些，对于有着46亿年"球龄"的地球来说，冷暖瓜代是再正常不外的事了！

事实上，从地球汗青年夜标准的角度看，我们此刻仍处在相对较冷的期间。

TIP: 冰期，地球概况笼盖有年夜规模冰川的地质期间。又称为冰川期间。地球概况没有年夜陆冰川的期间则为"温室"天气。而在冰川期间，冰川的进退则会形当作冰期和间冰期的瓜代呈现。我们的地球此刻正处于中的一次小的间冰期。

_{地质汗青期间冰川发育事务及冰盖波及规模（Hoffman 2009），图中横坐标为地质年月（百万年），纵坐标为冰川达到的古纬度。}

近十亿年来，地球都是以温室天气为本家儿，冰期只占有不到四分之一的时候。

此中，冰期持续时候最长的是，距今约三亿多年前的晚古生代年夜冰期，那次冰期持续了近七万万年，也是显生宙最年夜的一次冰期事务。

晚古生代年夜冰期

时候回到约3.5亿年前的石炭纪早期，那时的地球各圈层（包罗岩石圈、年夜气圈、生物圈等）都发生了翻天覆地的转变。

全球的岩石圈发生着猛烈的机关活动，年夜陆碰撞，形当作泛年夜陆（全球本家儿要陆块连当作一片）、陆地上的维管制（木质）植物起头茂盛，最古老的热带雨林正在慢慢形陈规模等，陆地植被达到了空前的程度。

当然，最为独特的是，那时的虫豸都很是庞大，蜻蜓展翅长达70多厘米，除此之外，还有长达两三米的巨型千足虫、巨型海蝎子等节肢动物也在这里糊口着。

_{晚石炭纪热带雨林与巨型蜻蜓。（图片来历：美国史密森研究院）}

到了距今3.4亿年前，地球进入晚古生代年夜冰期。全球年平均气温骤降，位于南半球的泛年夜陆，被冰川普遍笼盖。

在整个年夜冰期时代，地球年夜气中的二氧化碳浓度很低，最低时仅为100ppm摆布，约为此刻年夜气二氧化碳浓度的四分之一。

晚古生代年夜冰期事务记实了陆地自有植被以来，第一次从年夜规模"冰室天气"标的目的"温室天气"的改变。是以对该期间古天气和古海洋的系统研究，无疑对于熟悉当今地球系统从"冰室天气"标的目的"温室天气"改变的趋向，具有主要的"深时"地质借鉴和启迪意义。

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为深切领会这个过程，中国科学院南京地质古生物研究所的研究团队，近年来环绕晚古生代年夜冰期时代的古天气和古情况，开展了一系列的研究。

二氧化碳与全球天气

作为最闻名的"温室气体"，年夜气中二氧化碳浓度的转变，无疑直接影响了全球天气的转变。一旦抓住二氧化碳转变的纪律，某种意义上，也就意味着抓住了"冰室天气"和"温室天气"转变的纪律。

年夜气中二氧化碳浓度降低，申明二氧化碳被储存起来了。有两种地质感化可以或许将空气中的二氧化碳存储起来，一是年夜陆风化；二是有机碳（煤）的埋藏。

年夜陆风化使得硅酸盐和二氧化碳发生反映，形当作碳酸盐。碳酸盐在海底逐渐沉积，如许便将年夜气中的二氧化碳储存了起来。

_{（图片来历：中科院南古所）}

植物的光合感化会固心猿意马空气中的二氧化碳，形当作有机质。有机质的埋藏，也可以将一部门二氧化碳储存起来。有机质在陆地上埋藏的形式凡是是煤；在海洋中的埋藏形式是经由过程低等微生物光合感化，将碳富集起来（凡是是石油）。

_{（图片来历：中科院南古所）}

在贵州纳庆的新发现

_{纳庆剖面，位于贵州黔南罗甸县纳庆村。}

晚古生代年夜冰期时代，因为冰川扩张引起全球海平面下降，导致各年夜陆年夜都从海底表露出来，并剥蚀失落之前的良多沉积记实，是以缺掉了这段时候的沉积。

而位于华南贵州的纳庆剖面，那时正益处在一个海底斜坡的下部，未被表露出来，很怪异地拥有了这段期间完整的沉积记实。

_{纳庆剖面（黄色星号标识表记标帜）的古地舆位置（画图：R.Blakey）}

近日，中科院南古所陈吉涛研究员等经由过程对贵州纳庆剖面等地层的锶、碳同位素综合研究，在国际闻名地学杂志《地质学》（Geology）上颁发了关于晚古生代年夜冰期古天气转变的最新研究当作果。

之所以选择锶、碳同位素作为研究对象，其原因在于：锶同位素可以反映年夜陆风化速度，而碳同位素则可以作为有机碳埋藏的指标。两者连系，便可以推出二氧化碳降低事实是因为年夜陆风化增强，仍是因为有机碳埋藏。

_{石炭纪–早二叠宿世全球事务、锶、碳同位素及古年夜气CO2对比图（图片来历：中科院南古所）}

陈吉涛等的研究显示，晚古生代年夜冰期是由年夜陆风化和有机碳在陆地上的埋藏（形当作煤炭）导致，而年夜冰期的最岑岭则因为有机碳埋藏由年夜陆转标的目的海洋。

此次发现的科学意义

1. 经由过程研究，佐证了晚古生代年夜冰期的肇端与增强是由年夜陆风化和有机碳在陆地上的埋藏（形当作年夜量煤炭）导致的。

_{石炭纪普遍分布的湿地丛林。该期间形当作了年夜量的煤炭——这也是"石炭纪"这一名称的来历。（图片来历：美国史密森研究院）}

颠末对纳庆剖面高分辩率、高精度的牙形刺锶同位素研究发现，该锶同位素曲线间接地反映了那时年夜陆风化的转变速度，这与那时的泛年夜陆造山活动、热带雨林的茂盛环境、以及泛年夜陆赤道四周的古天气状况都具有紧密亲密的联系。

2. 初次对年夜冰期最岑岭发生的原因提出假设：在那时年夜陆风化整体下降，且热带雨林植被更替（天气干旱，煤炭埋藏削减）的布景下，二氧化碳浓度降低的原因是有机碳储藏由年夜陆转标的目的海洋。

_{石炭纪晚期天气转为干旱，热带雨林削减，煤炭埋藏也随之削减（图片来历：J. Svoboda 绘制(Oplu?til et al., 2013)}

前面提到二氧化碳浓度降低有两个原因，一是年夜陆风化增强，二是有机碳的埋藏。

年夜冰期最岑岭时，二氧化碳浓度最低。可是，那时的锶同位素呈下降趋向，这申明那时年夜陆风化整体减缓。这也与前期研究得出的那时情况——热带雨林由湿地到干地转化，晦气于年夜陆风化一说相匹配。

所以，只能是因为有机碳的埋藏导致那时的二氧化碳降到最低。

那么，问题又来了！是陆地上的有机碳埋藏（煤的形当作）导致二氧化碳降低？仍是海洋中的有机碳埋藏导致的呢？

在冰期最岑岭时，从全球规模来看，除了华南华海说神聊等少数地域，其他地域如欧美年夜陆，几乎没有煤系的形当作。是以，因煤系形当作（即陆地上的有机碳埋藏）导致二氧化碳降低一说，也是不当作立的。

最终，陈吉涛及其合作者提出假说：年夜冰期的最岑岭是在年夜陆风化整体减缓及热带雨林植被更替的布景下，有机碳埋藏由年夜陆转标的目的海洋导致的。

_{现代阿拉伯海由浮游生物形当作的水华（图片来历：NASA）}

如许的猜测，也合适那时一些地质感化的布景。例如，那时干旱感化很严重，铁等营养元素轻易被带入海洋，从而海洋生物得以茂盛，最终导致海洋有机碳的埋藏增高。

3、对锶同位素的研究，从头厘心猿意马并填补了石炭纪–早二叠宿世的海水锶同位素转变趋向，为该期间全球地层对比供给了较为切确的锶同位素地层依据，这也是我国申请石炭系相关层位"金钉子"的主要依据之一。

_{石炭系地层还有多个"金钉子"尚未确立}

同时，该研究为晚古生代年夜冰期全球古天气转变与古海洋轮回供给了有力的生物地球化学证据，是我国对晚古生代年夜冰期进行多学科交叉研究的综合性当作果，也是国际上切磋那时情况演变过程和节制身分的标记性当作果之一。

相关研究由中科院南古所与美国加州年夜学戴维斯分校合作完当作，获得了中国科学院、国度天然科学基金委和美国国度科学基金会的结合撑持。

论文信息:

JitaoChen*,IsabelP.Monta?ez,YupingQi,ShuzhongShen,XiangdongWang,2018.StrontiumandcarbonisotopicevidencefordecouplingofpCO2fromcontinentalweatheringattheapexofthelatePaleozoicglaciation.Geology.46(5):395-398.<br>

（本文中标明来历的图片均已获得授权）

出品：科普中国

建造：中国科学院南京地质古生物研究所 盛捷 陈孝政

监制：中国科学院计较机收集信息中间