碳酸硅循环
包括钙(ca++)和碳酸氢盐(HCO7)离子，被河流带到海洋中，在那里，某些生物，如厚板补孔虫，用它们来制造碳酸钙(CaCOj)的壳。当这些生物死亡时，一些碳酸钙聚集在海底沉积物中。这些碳酸盐沉积物被带离大洋中脊由轴的过程海底扩张．在一些板块边界，海底是俯冲碳酸盐岩沉积物被带到上地幔。当这种情况发生时，碳酸盐沉积物被加热，碳酸盐矿物被重新转化为硅酸盐矿物(碳酸盐变质)，在这个过程中释放出气态CO2。这些二氧化碳通过火山活动回到大气中。这个循环的速率足以回收所有的CO?(在较长的时间尺度上，将大气和海洋视为CO的一个联合储层是合理的。海洋中含有大部分碳——大约是大气中碳含量的60倍。)
正如Walker等人(1981)最初指出的那样，碳酸盐-硅酸盐循环为昏厥提供了一种自然的解决方案年轻的太阳问题。如果地球上的海洋在地球历史早期因为低温度而冻结太阳光度时，水文循环实际上会陷入停滞，而且硅酸盐风化在陆地上就停止了。然而，碳酸盐岩变质作用仍在继续，因为那里有一个巨大的储集层碳酸盐岩-相当于60-80格一氧化碳?-储存在地壳中。因此，在冻土，火山CO?应该在大气中积累，直到温室效应大到足以融化冰。正如我们将在下面看到的，这一全球冰川作用序列紧随CO?在地球历史上，冰川的形成和融化实际上可能发生过两三次。然而，在地球历史的大部分时间里，这个循环中固有的负反馈应该阻止了这种情况的发生。硅酸盐的还原风化速率地球表面的冷却会导致大气中的CO?浓度越高，气候变暖，防止进一步结冰。raybet雷竞技最新证明这一点的证据是，在地球的大部分历史中，它一直是宜居的，而且通常是无冰的。
如果一个人接受上面概述的逻辑，那么就有可能把论点转过来，并问有多少CO?在地球历史的不同时期，为了补偿太阳亮度的降低，假设CO?和! l ?0were the two dominant greenhouse gases. The answer is shown in Figure 13.3 (from Kasting, 1992). At 4.5 Ga, a minimum of 0.1 bars of CO2, or ~3(K) times the present大气水平(PAL)，将需要补偿太阳亮度减少30%。另一方面，CO?当时的浓度可能远高于这个数值(10巴?)对pCO有更严格的限制?可在冰川期推导，此时可估算地表温度的上下限。图13.3所示的极限对应于古元古代(2.2-2.3 Cía)和nco元古代(0.6-0.8 Ga)冰期(Kasting, 1992)的全球平均温度在5℃至20℃之间。但请记住，这些估计假设CO?和H ?0were the only重要的温室气体(这在^2.2 Ga之前可能不成立)，而且它们没有考虑到全球冰期期间可能发生的CO2的短暂迁移。
图13.4,CI I4破坏率作为大气OL+混合比率«»的函数，由光化学模型计算。GR»源必须等于破坏率，以保持稳定状态。虚线显示了目前的生物CH*源和来自高度还原地幔的可能的非生物CI \ a源。(源自Kasting和Brown, 1998年)
图13.4,CI I4破坏率作为大气OL+混合比率«»的函数，由光化学模型计算。GR»源必须等于破坏率，以保持稳定状态。虚线显示了目前的生物CH*源和来自高度还原地幔的可能的非生物CI \ a源。(源自Kasting和Brown, 1998年)
必须通过地表甲烷的流入来平衡。两条虚线显示了CH4可能的生物和苦酸表面通量。上面的线是目前的CH4生物通量，x HJ1 * mol yr 1，或1 x 1011 CH4分子cm"2 s-1 (Watson等人，1990年)。下面这条线是目前碳的非生物来源大洋中脊脱气，M.5 x 101J mol yr-1 (DesMarais and Moore, 1984;Marty和Jambon, 19H7)。这些碳大部分以CO的形式排放?但如果当时上地幔减少得更多，则可能以(- H4)的形式释放(Kasting and Brown, 1998)。在太古代，非生物来源可能并不重要，因为大多数甲烷应该是由生物产生的。
图13.4表明，与目前生物甲烷通量相当的GH4通量可产生大气中CII4的混合比为x 10~\。相比之下，目前大气中CH4的混合比为M.6 ppm，或1.6 x 10”4。造成这种差异的原因是，在弱还原的原始大气中，CH4的光化学寿命比今天长约20(H)倍(^20,000年，而12年)。这里需要注意的是:如果氢在太空中逸出，那么高浓度的CII4意味着相应的高氢逸出率扩散限制速率(Walker, 1977)。产甲烷生物群可能已经耗尽了Hi，除非氢气逃逸的速度比这要慢。然而，情况似乎确实如此，因为大气层外的温度很可能很低，逸出的能量有限(Kasting和Brown, 1998)*所以太古宙大气中含有0.1%的CH4是完全合理的。
假设太古宙的大气确实富含甲烷。这对气候有什么影响?raybet雷竞技最新我们在宾夕法尼亚州立大学(Pavlov et aL, 2000)的小组最近的辐射-对流模型计算如图13、5所示，固体曲线
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