全球碳循环的早白垩世变化影响了陆地和海洋

科学家们继续完善了解地球环境系统当今变化的技术，但地球遥远的过去也提供了加深这种理解的重要信息。内布拉斯加大学林肯分校的科学家 Matt Joeckel 及其同事进行的一项地质研究提供了此类信息。

近几十年的科学研究证实，全球碳循环的重大变化导致了 1.35 亿年前白垩纪早期地球大气和海洋的重大变化。关于那个时代气候变化动态的细节仍然存在一系列问题。这项新研究涉及对犹他州雪松山地层的岩层进行广泛的基于化学和放射性的分析，通过确认古代北美陆地上记录了这种碳循环变化，有助于填补这一知识空白。

碳循环是地球的基本环境现象之一，涉及碳在大气、海洋和生物体以及固体地球中的土壤、沉积物和岩石之间的持续转移。该循环对于陆地和海洋生物的生物过程至关重要。当周期发生大规模变化时，它们会导致气候和海洋生物条件发生重大变化。

“我们正在研究全球碳循环在过去是如何运作的，世界各地的沉积岩是如何记录变化的，”内布拉斯加州自然资源学院教授乔克尔说。他和他的同事分析的环境现象“正是我们今天谈论的事情，因为人们通过燃烧化石燃料以更快的速度增加二氧化碳进入大气层。”

内布拉斯加州地质学家乔克尔领导了犹他州的实地考察并组织了这项研究，该研究作为同行评审论文发表在《地球科学》杂志 2 月特刊上 。

在过去的二十年里，Joeckel 和几位同事研究了犹他州东南部雪松山地层的一系列地质方面，该地层以其特殊的恐龙化石而闻名。科学家们最近进行碳循环研究的陡峭 150 英尺斜坡被称为犹他盗龙岭，因在那里发现猛禽而得名，猛禽是侏罗纪公园电影中的电影观众所熟悉的凶猛的双足食肉动物。

为了确定是否发生了碳循环变化，科学家们分析了岩石中含有的微量有机碳，以确定两种碳同位素的主要变化。如果科学家发现同位素比率随时间显着增加和减少，那么碳循环就很明显了。Joeckel 和他的同事发现了曲线中两个不同峰值的证据，该曲线代表白垩纪早期关键同位素比率的变化。这一发现表明，犹他州遗址虽然在陆地上，但经历了欧洲海洋沉积岩中记录的同样重大的碳循环变化。

许多地质学家将这种古老的碳循环现象称为“Weissert 事件”，它是由南半球持续的大型火山喷发驱动的。这些火山喷发大大增加了大气中的二氧化碳含量，在很长一段时间内产生了显着的温室气候效应。

一个主要的不确定性是古代海洋沉积物中记录的碳循环变化是否也被陆地沉积物记录。Joeckel 和他的同事所做的工作强烈表明这种情况确实发生了。

内布拉斯加州保护和调查部主任乔克尔说，分析犹他州样本的这些碳同位素变化是一项具有挑战性的科学工作，该部门在该州及其他地区进行广泛的地质、地理、水和土壤研究。

“我们谈论的是必须非常费力地从拳头大小的沉积岩样本中分离出的微量有机碳，”他说。如此复杂的工作“就像必须手动浏览一大堆电话簿才能生成号码，而且你必须生成很多号码。实验室里有很多艰苦的工作需要完成。”

为了准确确定碳循环变化的日期，科学家们还分析了矿物锆石的微观晶体。这些晶体“很重要，因为它们是实际确定岩石年龄的一种方式，”乔克尔说。火山爆发后产生的锆石晶体是“几乎坚不可摧的信息宝库，遍布各地”。

Joeckel 在这篇论文中的合著者是阿肯色大学的 Celina Suarez 和 Garrett Hatzell;堪萨斯大学的 Noah McLean、Andreas Möller、Marina Suarez 和 Joseph Andrew;堪萨斯地质调查局的 Gregory Ludvigson 和 Spencer Kiessling;和犹他州地质调查局的詹姆斯柯克兰。

乔克尔说，该项目说明了地质学作为一门学科如何不断揭示新的见解。

“在某些方面，过去可能是现在的关键，而不是像地质学家传统上假设的那样，反之亦然，”他说。“我们越了解古代碳循环和古代全球变化，就越能了解今天发生的事情。”