科学家正在解开地球恒温器的秘密

地球上的生命经历了巨大的气候变化，从 4.5 亿年前的温暖时期（当时美国大部分地区都淹没在水下），到 2 万年前的最后一次冰河时期（当时新英格兰被一英里厚的冰川掩埋）。尽管气候变化引发了大规模灭绝，但生命仍在继续。

这有点神秘。失控的气候变化使金星变成了炎热的地狱，但地球从未变得太热或太冷以至于生命无法生存。即使在最动荡的时刻，我们这个小小的星球仍然是一个避难所，一艘蓝绿色的救生艇，在浩瀚的太空中漂浮着。为什么？

科学家们长期以来一直在猜测行星上可能存在一个恒温器来控制气候变化。 《地球化学展望快报》上发表的一项新研究首次提供了这种恒温器存在的证据。

“气候必须受到相对限制。它不能变化太大，否则生命就会灭绝，”伦敦大学学院地球化学家、这项研究的主要作者菲利普·波格·冯·斯特兰德曼 (Philip Pogge von Strandmann) 表示。“一定有某种机制可以防止气候完全失控。”

这种机制被称为“风化恒温器”。其工作原理如下：二氧化碳吸收热量，使地球保持温暖舒适。_二氧化碳浓度下降可引发冰河时代。二氧化碳浓度上升可使地球变得炎热。地球通过风化调节这种温室气体。大气中的二氧化碳溶解在雨水中，并与岩石结合形成碳酸氢盐。

“如果你将岩石溶解在水中（雨水、河水），这个过程会将_二氧化碳从大气中带出，并将其作为碳酸氢盐放入水中。碳酸氢盐从河流流入海洋，”Pogge von Strandmann 说道。一旦进入海洋，碳酸氢盐就会与钙结合形成石灰石。“这会将二氧化碳封住，”他说。

全球温度调节器对冷热做出反应。热量加速化学反应，导致岩石和雨水更快地降低二氧化碳水平，从而使地球更快地降温。寒冷的温度会减缓这一过程，防止地球变得太冷。

石灰岩中捕获的二氧化碳最终会返回大气。石灰岩会因板块运动而被拉入地壳之下，成为地幔的一部分。最终，二氧化碳会从石灰岩中分离出来，并通过火山喷发排放到天空中。

在温暖时期，风化作用从大气中清除二氧化碳的速度比火山活动积累二氧化碳的速度快。这导致二氧化碳总量下降，使地球变冷。在寒冷时期，火山活动增加二氧化碳的速度比清除二氧化碳的速度快，使地球变暖。几十年来，科学家们一直相信这是事实，但他们缺乏证据。

“人们已经假设了很久。所有气候模型都存在这种假设，但从未真正证实过，”Pogge von Strandmann 说道。“实际上，我们现在从过去的气候事件中获得了风化对温度作出反应的一些证据。”

Pogge von Strandmann 和他的同事在石灰岩沉积物中寻找线索，这些沉积物含有由风化作用引入的锂同位素。锂的浓度在石灰岩的不同层中有所不同。较温暖的时期，风化作用加快，锂含量也较高。

当然，风化并不是影响全球气候的唯一因素。例如，气候也会受到太阳活动和植被生长变化的影响。植物从大气中吸收二氧化碳，使地球降温，但其作用有限。通常，当植物死亡和腐烂时，它们会将储存的碳释放回天空。波格·冯·斯特兰德曼说，在漫长的岁月中，植被对气候的影响远小于风化。

风化作用是地球与金星不同的原因，金星上二氧化碳含量的上升使得地球不再适合生命生存。如今，金星的大气几乎全部由二氧化碳组成，平均温度超过 800 华氏度。而地球上的平均温度接近 60 华氏度。

“正是某种程度的液态水与岩石相互作用，让地球气候在很长一段时间内保持稳定，”波格·冯·斯特兰德曼说。正如他所指出的，当涉及到人类造成的气候变化时，这并没有什么安慰作用。风化作用会在数千年的时间里逐渐改变气候。

“我们知道，随着地球变暖，风化作用将增强，”他说。“我们知道风化作用会消除二氧化碳，但至少需要 10 万年左右的时间，气候才能恢复到工业化前的状态。”通过燃烧煤炭、石油和天然气，人类正在以几十年的规模改变气候。

“有人在研究能否人工控制这一过程，以更快地去除二氧化碳，”Pogge von Strandmann 说道。“你需要收集大量颗粒非常细的硅酸盐岩石，然后将其犁入全球各地的田地中。岩石颗粒越细，溶解速度越快，去除_二氧化碳的速度也越快。”不幸的是，这种方法仍处于实验阶段，无法保证可以扩大规模以应对气候变化。

“你必须把硅酸盐岩石从开采地运送到你想把它犁入田地的地方，而且你必须花费精力把它磨成小颗粒，”Pogge von Strandmann 说。“目前正在进行大量实验，以找出我们需要的颗粒大小，以及在有效地将大量岩石粉末犁入田地方面会产生什么后果。”

通过查看地质记录，科学家可以评估快速风化的影响。历史表明，海洋中碳酸氢盐的激增会引发浮游生物的大量繁殖。浮游生物会吞噬水中的氧气，导致其他海洋生物窒息。然而，即便如此，也可能比气候变化更可取。

虽然地球气候总是在变化，生命仍会在温度上升和下降的过程中继续存在，但燃烧化石燃料带来的快速变暖将使人类的生活更加艰难。必须限制碳污染，以确保地球仍然适合人类生存。

“地球的气候变化很大。过去它变化很大，”波格·冯·斯特兰德曼说。“当然，关键在于，每次气候变化很大时，都会导致大规模的灭绝。”

Jeremy Deaton 为 Nexus Media 撰稿，这是一家涵盖气候、能源、政策、艺术和文化的联合新闻通讯社。您可以通过 @deaton_jeremy 关注他。