科学网—全球气温上升新认识
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2025-10-30 18:26
| 系统分类: 科研笔记
全球气温上升新认识
彭渤
全球气温上升是学界备受关注的科学问题，也是各国政要高度重视的现实问题。全球气温上升的原因就是地球大气层中吸收长波辐射的物质如二氧化碳、甲烷、尘埃颗粒等的含量增加所致。长期以来，学界将大气温室气体含量增加的原因主要归咎为人为作用。蒸汽机的发明 (1784) 开启化石燃料的开发利用，人类社会进入工业革命时代。人口的增加、经济的发展、工业化进程的加快，使得人类活动成为影响地球环境的新作用力 (New telluric force) ，地球进入一个新的演化阶段，即人类纪 (Anthropozic era) (Stoppani, 1873 ，转引自 Crutzen (2002)) 。
人类活动向地球大气层排放温室气体，导致全球气温上升。诺贝尔奖得主 Crutzen (2002) 进一步借助计算机模拟，对撒哈拉沙漠、南美热带雨林地区降水、尘埃颗粒物质等氧同位素变化进行分析，发现工业革命以来，上述地区降水、尘埃颗粒物质等发生了反向迁移和传输。这种这种降水和尘埃颗粒物质的反向迁移变化，即是全球气温上升，加剧南美热带雨林土壤、岩石风化作用的结果。因而 Crutzen (2002) 认为：现今人类居住的地球，她的演化不是先前认为的第四纪阶段，而是进入到了他的一个新的演化阶段，即人类纪 (Anthropogene) 。故此，人类活动对地球大气层温室气体的影响，引起全球气温上升的认识深入人心。尽管人类纪 / 世作为一个地层时代 / 单元的提案，在 2024 年的国际地层委员会 (ICS) 表决会上未获通过 (Zalasiewicz 等 , 2024 ) ，但人类活动作为一种地质营力，对地球环境的影响，引起全球气温上升的认识，已为普遍所接受，并受到广泛关注 (Lewis & Maslin, 2015) 。
然而，近年来有关全球气温上升的研究，特别重视岩石风化、板块作用等自然过程对全球气温上升的影响。
首先，在强调硅酸盐矿物风化消耗大气二氧化碳的同时，认识到地表沉积岩风化对全球气温上升的贡献。大陆地壳是有花岗质层上地壳加玄武质层的下地壳组成，这种深部地质作用形成的岩浆岩是大陆地壳主要的岩石组成。这些主要由硅酸岩矿物组成的地壳岩石，在地表风化的过程中，需要吸收大气中的 CO 2 。岩石风化作用引消耗大气层中的 CO 2 而对全球气温上升有“缓冲”作用 ( 图 1) 。可是，大陆地壳表面普遍被沉积岩所覆盖。而沉积岩因富含有机质，有机质在岩石风化过程中可被氧化分解，产生 CO 2 进入大气层 ( 图 1, 2) 。故而地表沉积岩的风化可助推全球气温上升，是自然作用引起全球气温上升的代表。有研究对各种硅酸岩矿物的蚀变分解引起的热量变化及其对全球气温上升的影响等，进行了定量估算和分析 ( Brantley et al., 2023 ) 。
图 1. 岩石风化与碳循环图示 ( 引自 Science, 2023)
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图2. 地表沉积岩风化与碳循环图示 ( Zondervanet al. , 2023)
其次，注重板块构造运动引起地球内部的 CO 2 排放，认识到板块构造运动是导致全球气温上升的重要自然作用。板块构造运动引起大洋岛弧的脱气作用、洋中脊地幔脱气作用，及板块构造运动诱发的地震、火山作用等可引起地球深部 CO 2 的大规模排放，导致来自地球深部的 CO 2 直接排放进入大气层 ( 如前些年汤加火山喷发导致地球内部的 CO 2 等气体和尘埃颗粒物进入大气平流层等 ) ( 图 3) 。地球深部的这种 CO 2 的排放，规模大、强度大，对大气 CO 2 的分布和全球气温上升等影响深远。此外，板块碰撞、俯冲等诱发的大陆地壳岩石风化和碳酸盐岩的变质作用等，也向大气层排放 CO 2 等 ( 图 3) 。因此，板块构造是引起大气层 CO 2 含量和分布的重要自然作用，也可能是主导全球气温上升的重要自然过程。
图 3. 板块构造运动与碳循环图示 ( 引自 Science, 2025 )
全球气温上升是一个多因素、多过程、多作用的复杂过程。既有人为作用的影响，又有自然过程的贡献。一些研究还从全球水循环、土壤 - 生态系统碳循环等角度分析全球气温上升。但近年来研究的一个明显趋势是，从以前强调人为作用对全球气温上升影响，开始注重并认识到岩石风化、板块构造运动等自然过程对全球气温上升的贡献。
2025 年 10 月 30 日，长沙
参考文献
Brantley et al., 2023. How temperature-dependent silicate weathering acts as Earth’s geological thermostat. Science, 379: 382–389.
Crutzen P. J., 2002. Geology of mankind. Nature, 415: 23.
Lewis S. L., Maslin M. A. , 2015. Defining the Anthropocene. Nature, 519: 171-180.
Zalasiewicz I.,et al., 2024. What should the Anthropocene mean? Nature, 632: 980-984.
Zondervan J. R., et al., 2023. Rock organic carbon oxidation CO 2 release offsets silicate weathering sink. Nature, 623: 329-333.
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