东亚季风强化扩展驱动全球变冷

在地质时间尺度上，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。从这个角度分析，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)；特别是富镁的中国东部上地壳(包括扬子和华北克拉通)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，中国东部富镁上地壳岩石的风化将显著消耗大气CO2。

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

《中国科学：地球科学》近期发表的一项研究基于中国东部土壤和南海沉积物的化学成分，首次定量计算了晚渐新世以来亚洲气候重组引起的硅酸盐风化和有机碳埋藏消耗的大气CO2通量(图2)。结果表明，晚渐新世以来硅酸盐风化导致长期大气CO2消耗量介于0.06~0.87×1012mol a-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含量下降和新近纪海水镁含量增加，具有显著影响(图4)。

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

图3 侵蚀、风化和有机碳埋藏通量

 (a) 晚渐新世季风加强有关的侵蚀通量; (b) 硅酸盐风化Mg释放通量(FMg, sil); (c) 碳酸盐风化Mg释放通量(FMg, carb); (d) 硅酸盐风化导致的CO2消耗通量; (e) 有机碳埋藏通量. 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

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

气候模拟结果显示这次气候转型与青藏高原隆升显著相关。因此，印度-亚洲板块碰撞对碰撞带以外的东亚地区产生巨大的环境影响，驱动了东亚季风深入到构造相对欠活跃的地势较低的中国东部亚热带地区。这次气候重组通过加强扬子克拉通及其周围地块的富Mg硅酸盐风化消耗大量大气CO2，并且由于其消耗量与发生在南亚的大气CO2消耗在数量级上几乎相等，因此可视为青藏高原隆升影响全球变化的另一重要途径。该研究刻画了造山带隆升对全球气候和大气CO2含量影响的复杂方式：不仅强调了直接参与碰撞过程的地壳属性的重要性，而且强调了碰撞带周围地壳属性的重要性。

[点击下方“阅读原文”，全文pdf免费下载]

中文版：杨一博, Galy A, 方小敏, France-Lanord C, 万世明, 杨戎生, 张健, 张冉, 杨松, 苗运法, 刘玉东, 叶程程. 2021. 东亚季风增强加剧中国南部富Mg上地壳化学风化及其全球意义. 中国科学: 地球科学, 51(8): 1289–1305

英文版：Yang Y, Galy A, Fang X, France-Lanord C, Wan S, Yang R, Zhang J, Zhang R, Yang S, Miao Y, Liu Y, Ye C. 2021. East Asian monsoon intensification promoted weathering of the magnesium-rich southern China upper crust and its global significance. Science China Earth Sciences, 64(7): 1155–1170

相关阅读

【短视频】东亚季风强化扩展驱动全球变冷