2008年01月02日 19:41
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| 碳的作用使地球海洋避免了被冰冻的厄运。（图片提供:CORBIS） |
当半个美国都在忙于应付今冬的第一场大雪和冰暴时，思考一下如果没有碳的影响地球将是什么样子或许是有益的。研究人员正在提出假设，在地球的历史中，海洋中的碳——溶解自海底的矿物沉积层——曾经防止这颗星球在临界关头变成一个巨大的雪球。这一理论同时也为另一种假设，即气候变化与全球碳循环的紧密相连、相互影响，提供了重要依据。
地球上的生物依赖于温室效应。要不是大气中的二氧化碳和其他气体捕获了来自太阳的一部分热量，地球表面的温度可能一直处于零摄氏度以下，并且多半没有供复杂的、需要热量的生物——例如人类——生存繁衍所需的温暖气候。地质学数据显示，在遥远的过去，地球曾与这种危险的假设非常接近。一种名为雪球地球假设的观点认为，我们的星球需要数百万年的时间才能够在这种深度冻伤中获得痊愈——最近一次发生在距今5.5亿年前，而这只有通过火山爆发产生的二氧化碳在大气中的积累才能够实现。
如今，来自加拿大多伦多大学的研究小组利用一个碳循环模型研究发现，在碳完全征服地球之前，这种元素在海底的出现——通常以一类碳酸盐的矿物质形式——抑制了深度冰冻的发生。然而尽管雪球不见了，但取而代之的却是一个“烂泥地球”。研究人员在最近出版的英国《自然》（Nature）杂志上报告了这一研究成果。由地球物理学家W. Richard Peltier领导的研究小组发现，随着地球温度的下降，海洋能够从大气中吸收更多的氧气。而这些氧气与沉积在微小海洋有机体中的碳酸盐产生反应，即通过浮游生物产生光合作用，并释放出二氧化碳，这些气体最终帮助地球温度迅速反弹，至少在地质学时间表上是这样。Peltier指出，温室效应扮演了一个重要角色，“即便在很远的过去，这一过程决定了地球的表面气候”。同时他强调，从10亿年前到5.5亿年前这段时间是他们研究的重点，“这种影响显然对地球生物圈产生了保护作用”。
美国学院公园市马里兰大学的地质学家Alan Jay Kaufman认为，从这项研究中可以清楚地看到，地球的反馈系统避免了星球进入永恒不变的雪球状态。从原则上讲，如果海洋从大气中吸收了足够的碳，那么这种反馈系统将通过强烈的温室效应来拯救地球，但是这一过程的发生却经历了数千年的时间。因此Kaufman认为，碳循环在人类的时间尺度上调节大气中二氧化碳产生的影响的可能性不大。
