青藏科考

青藏高原隆升可通过强化扩展东亚季风驱动全球变冷

文章来源 :
2021-07-12 17:59

地质时间尺度、硅酸盐风化和有机碳埋藏引起的大气CO2消耗是地球调节大气CO2含量的主要机制。传统观点认为,新生代青藏高原隆升对全球变化的影响主要通过加强印度-亚洲板块碰撞带的硅酸盐风化和有机碳在南亚孟加拉扇的有效埋藏,促使大气CO2降低,导致全球变冷。但是,青藏高原隆升也可通过强化扩展东亚季风来增加远离印亚板块碰撞带地区的降水,促进东亚地区硅酸盐风化和/或有机碳埋藏。从此角度分析,渐新世-中新世之交的亚洲气候重组伴随着东亚季风北向推进到中国亚热带地区是一个重要的大气CO2消耗过程(图1a)。特别是中国东部富镁的扬子和华北克拉通是这次气候重组涉及到的主要地区(图1b)。相对于镁亏损的喜马拉雅地区岩石,这些富镁上地壳岩石的风化将显著消耗大气CO2。 

为了验证上述假说,任务七中科院青藏高原研究所新生代环境团队联合法国国家科学研究中心以及中科院海洋研究所、大气物理研究所和西北生态环境资源研究院的研究人员,基于中国南海沉积物和中国东部土壤的化学成分,估算了晚渐新世以来硅酸盐风化和有机碳埋藏过程造成的大气CO2消耗变化(图2)。结果表明,晚渐新世以来硅酸盐风化导致长期大气CO2消耗量为0.06~0.87×1012mol yr-1,其中约50%的贡献来自于镁硅酸盐风化,并且有机碳埋藏导致的大气CO2消耗量约为同时期硅酸盐风化的25%(图3)。中国东部富镁上部大陆地壳风化对于晚渐新世全球大气CO2含量下降、新近纪海水镁含量增加,具有显著影响(图4)。同时揭示了青藏高原隆升影响全球变化的另一条途径:喜马拉雅-青藏高原的生长通过改变构造欠活跃的东亚地区水循环格局,显著调控全球碳和镁循环。 

以上研究成果以“East Asian monsoon intensification promoted weathering of the magnesium-rich southern China upper crust and its global significance”和“东亚季风增强加剧中国南部富镁上地壳化学风化及其全球意义”为题,在《Science China: Earth Sciences》和《中国科学: 地球科学》(中英文版)发表。中科院青藏高原研究所杨一博副研究员为论文第一和通讯作者,方小敏研究员为共同通讯作者。本研究获得第二次青藏高原综合科学考察研究专项(2019QZKK0707)等项目资助。 

全文链接:https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11430-020-9781-3

                 https://www.sciengine.com/doi/10.1360/N072020-0326 


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图1 新生代中国构造和气候格局 

  (a)新生代中国干湿界线(古近纪, 黑色粗线; 新近纪到第四纪, 黑色虚线);红色箭头显示湿润带的北向扩展。(b)亚洲大地构造简图显示主要克拉通和造山带的分布。

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图2 硅酸盐风化导致的CO2消耗 

  (a)硅酸盐风化导致的CO2消耗,通过分析各种沉积物和基岩的化学成分差异所得。(b)晚渐新世季风加强硅酸盐风化导致的CO2消耗差异,通过计算季风影响区各类沉积物和土壤(如南海沉积物和中国南部各种土壤)与中国西北干旱区黄土成分差异所得。 

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图3 侵蚀、风化和有机碳埋藏通量 

  晚渐新世季风加强有关的侵蚀通量(a),硅酸盐风化镁释放通量(FMg, sil)(b),碳酸盐风化Mg释放通量(FMg, carb)(c),硅酸盐风化导致的CO2消耗通量(d)和有机碳埋藏通量(e)。图(a-e)中的蓝色和橙色曲线分别基于Clift等(2004)和Métivier等(1999)重建的中国东部边缘海沉积通量变化计算。 

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 图4 晚渐新世东亚季风加强及其对全球影响的示意图 

  (b)中的蓝色字体和箭头表示南亚山脉隆升(喜马拉雅山脉)消耗大气CO2的传统观点,而红色字体和箭头表示本文提出的东亚季风加强消耗大气CO2的观点。