从碳源到碳汇:大陆弧演化过程中岩浆与剥蚀作用对长期碳循环的影响

摘要

在百万年时间尺度上,大气、海洋中的二氧化碳浓度(P_(CO_(2)),二氧化碳分压)和长期变化主要受岩浆-变质脱碳作用和硅酸盐风化作用(消耗二氧化碳)控制。因此,地球表层主要构造活动带的构造-岩浆活动对长期碳循环具有重要的驱动作用。本文在总结已发表文献的基础上,系统评估了大陆弧,尤其是晚白垩世大陆弧的岩浆作用和剥蚀作用的碳通量,并以此为依据探讨了大陆弧演化对于全球长期碳循环的影响。大陆弧岩浆作用以周期性(几十万年至一百百万年)岩浆爆发(magmatic flare-ups)为特征。在一个周期内,大规模岩浆喷发会导致CO_(2)排放量大幅度增加,促进温室效应。但同时,大规模的岩浆作用又会导致地壳增厚和和地表抬升,从而促进剥蚀作用、提高化学风化通量,进而增加CO_(2)消耗量。对于单个的大陆弧来说,在其演化的不同阶段对于碳循环扮演着不同的角色:演化早期由于岩浆作用起主导作用,表现为净碳源;而在岩浆作用减弱或停止后,由于剥蚀作用的持续进行,表现为净碳汇。因此,从长周期和全球尺度上讲,大陆弧岩浆活动表现的“碳源属性”受到化学风化作用表现的“碳汇属性”的调节,使得地球环境在长期的地质演化过程中维系宜居性。