| 地球科學(xué)原理之二十五 影響巖石圈形成后去氣作用的因素 |
| 作者：廖永巖 編輯：探礦者 地球的去氣作用重要，影響地球去氣作用的因素，也肯定重要。前一回我們討論了地球巖石圈形成后的去氣作用，這里，我們來(lái)討論影響地球巖石圈形成后去氣作用的因素。 二氧化碳等地球去氣氣體，主要由火山噴發(fā)和地震產(chǎn)生?；鹕胶偷卣鹪綇?，地球的去氣作用也就越強，產(chǎn)生的二氧化碳等去氣氣體也就越多?；鹕胶偷卣?，是由于冰川的形成和消融引起的造海作用和造陸作用而形成的。所以，冰川與火山噴發(fā)和地震直接相關(guān)。冰川越大，形成和消融得越迅速，產(chǎn)生的二氧化碳等去氣氣體就越多。 那么，歷史上的冰川，為什么會(huì )有大冰川和小冰川之分呢？或者說(shuō)，為什么有的時(shí)期形成的冰川大，如新元古宙和石炭-二疊紀的冰川，有的時(shí)期形成的冰川較小，如奧陶紀的冰川。假設地球表面的陸地和海洋的分布，在任何時(shí)期都是均勻分布的，那么，隨著(zhù)二氧化碳等溫室氣體濃度的減少，溫室效應的降低，冰川將形成。當冰川形成到一定的程度，引起造海作用的發(fā)生，導致火山噴發(fā)和地震?；鹕絿姲l(fā)和地震的去氣作用，使大氣中的二氧化碳等溫室氣體濃度增高，溫室效應增強，使冰川消融。冰川消融的過(guò)程中，又會(huì )造成造陸運動(dòng)，再一次通過(guò)火山噴發(fā)和地震，補充大量的二氧化碳等溫室氣體于大氣中，使大氣的溫室效應更強，從而使地球進(jìn)入一個(gè)間冰期。若真這樣的話(huà)，只要使二氧化碳減少的綠色植物進(jìn)行光合作用的能力不變，地球在演化的過(guò)程中，冰川期和間冰期的時(shí)間間隔將基本相等；每一次冰川期形成的冰川規模大小也應一致。 但是，在不同的地球演化時(shí)期，地球的陸地和海洋的分布是不一樣的。雖然由于光合作用消耗二氧化碳，使溫室效應降低，當兩極降至冰點(diǎn)以下時(shí)，就會(huì )有冰川形成。但有時(shí)，兩極全是海洋，有時(shí)兩極全是陸地，有時(shí)一極是海洋，一極是陸地。 當兩極是海洋時(shí)，冰川只能在海洋里形成。在海洋里形成的冰川，冰川形成于海洋的上部。這樣，就造成和冰川接觸或較近的冷海水，由于比重較大而下沉，下部相對溫度較高的海水上升。就會(huì )造成海水的垂直循環(huán)，冰川和海水進(jìn)行強烈的熱量交換。若形成冰川時(shí)的極地海洋較大，或極地海洋能和附近海洋進(jìn)行海水交流的話(huà)，就會(huì )在極地海洋和附近或甚至熱帶海洋之間形成暖流和寒流。極地冰川和地球其它地區，除能通過(guò)大氣進(jìn)行熱量交換外，還能通過(guò)海洋進(jìn)行大規模的熱量交換。使極地海洋和地球其它地區的熱量交換相當強烈。這樣，在極地形成的冰川，就很容易消融，冰川體積不容易增大。再有，就算在極地海洋里已形成了較大體積的冰川，只要冰川底部尚沒(méi)有和海洋底部接觸的話(huà)，大質(zhì)量的冰川重力就不可能作用于地殼巖石圈，就不會(huì )有重力異常出現，不會(huì )有均衡調整，也就不可能引起造海作用。所以，雖然已能在極地形成冰川，但冰川不能造成造海作用，也就不會(huì )引發(fā)火山噴發(fā)和地震。沒(méi)有火山噴發(fā)和地震，地球的去氣作用就不會(huì )加強，二氧化碳的濃度就不會(huì )增高。在綠色植物的光合作用影響下，二氧化碳的濃度將進(jìn)一步降低，溫度進(jìn)一步降低。極地冰川的范圍將進(jìn)一步擴大。直至極地冰川體積增大，直接和海洋底部接觸或擴大至極地周?chē)年懙厣?。這時(shí)，極地冰川將會(huì )造成造海作用，會(huì )引起火山噴發(fā)和地震，導致地球的去氣作用增強。當地球去氣作用產(chǎn)生二氧化碳的能力大于綠色植物光合作用等消耗二氧化碳能力時(shí)，大氣中的二氧化碳濃度將增高。隨著(zhù)二氧化碳等溫室氣體濃度的增高，溫室效應逐漸增強，冰川形成停止，并有可能開(kāi)始消融。這就表示一次冰川形成的結束。綜上所述，我們可以說(shuō)，當極地是海洋時(shí)，一般很難形成冰川；但一旦冰川形成，往往形成的冰川規模較大，范圍較廣。 當冰川形成時(shí)，兩極地區是陸地。這時(shí)，冰川不可能通過(guò)海洋進(jìn)行熱量交換，僅只能通過(guò)大氣進(jìn)行熱量交換。這樣，熱量交換的強度大大降低，極地地區的冰川較容易形成，而不容易消融。因為極地冰川是在陸地上形成的，它一形成，就和巖石圈接觸，就直接作用于地球的巖石圈，產(chǎn)生重力異常，引起均衡調整作用，產(chǎn)生造海作用，導致火山噴發(fā)和地震，引起強烈的地球去氣作用，產(chǎn)生大量二氧化碳等溫室氣體。當地球的去氣作用產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體的能力，大于光合作用等降二氧化碳等溫室氣體的能力時(shí)，二氧化碳等溫室氣體濃度增高，溫室效應增強，冰川形成停止或開(kāi)始消融。 從以上可以看出，當冰川形成時(shí)，若極地地區是海洋（雙極海洋冰川），這時(shí)形成的冰川規模較大，形成的時(shí)間較長(cháng)。若極地地區是陸地時(shí)（雙極陸地冰川），形成的冰川較小，形成所需的時(shí)間較短。若一極是陸地，一極是海洋的話(huà)（單極冰川），它的規模和形成時(shí)間，應介于雙極海洋冰川和雙極陸地冰川之間。 由于雙極海洋冰川最終形成的冰川規模較大，當它消融時(shí)，形成的造陸作用也較強，產(chǎn)生的二氧化碳等溫室氣體也較多。所以，雙極海洋冰川消融后的間冰期，二氧化碳等溫室氣體濃度較高，維持的時(shí)間也較長(cháng)，即冰期后的間冰期時(shí)間較長(cháng)。 雙極陸地冰川最后形成的冰川規模相對較小，它消融時(shí)形成的造陸作用也相對較小，產(chǎn)生的二氧化碳等溫室氣體的量也較小。雙極陸地冰川消融后的間冰期，二氧化碳等溫室氣體濃度也較低，維持的時(shí)間相對較短，即冰期后的間冰期時(shí)間較短。 同時(shí)，太陽(yáng)光的強度和綠色植物進(jìn)行光合作用的能力大小，也對冰川的規模和時(shí)間間隔有一定的影響。 太陽(yáng)光的強度，影響植物的光合作用。太陽(yáng)光越強，光合作用就越強?？偟膩?lái)說(shuō)，太陽(yáng)光強度，隨著(zhù)地球的演化，是越來(lái)越強。所以，假設植物的質(zhì)量和數量不變的話(huà)，植物的光合作用強度，應是越來(lái)越強。 其實(shí)，植物的質(zhì)量和數量，也并不是不變的。早期生命剛形成時(shí)，為原核單細胞生物，它們的光合作用能力相當弱。后來(lái)，地球上演化出了真核細胞、多細胞及有根、莖、葉分化的高等植物。植物的光合作用越來(lái)越強。若不考慮冰川和太陽(yáng)因素，僅就植物的光合作用來(lái)說(shuō)，早期的單細胞生物光合作用弱，進(jìn)行光合作用消耗二氧化碳的能力也弱，通過(guò)光合作用降低二氧化碳等溫室氣體所需的時(shí)間較長(cháng)。所以，那時(shí)形成冰川所需的時(shí)間，應比后期長(cháng)。同時(shí)，由于低等的植物進(jìn)行光合作用能力弱，只要不太大的冰川的形成，導致的造海作用引起的地球去氣作用，產(chǎn)生的二氧化碳的量，就會(huì )大于植物的光合作用消耗的二氧化碳的量。所以，那時(shí)的冰川形成時(shí)間長(cháng)，但冰川的規模卻很少。 后來(lái)，隨著(zhù)氧氣量的增加，臭氧層的增加，植物除生存在較深水域外，還能在海洋表層進(jìn)行強烈的光合作用。這樣，植物的生存空間大大增加，植物的量也大大增加。在地球不斷演化的過(guò)程中，陸地面積和淺海面積的增加，使植物的生存空間進(jìn)一步增加。 植物通過(guò)演化，產(chǎn)生了多種高效的光合色素。較高等植物還形成了葉綠體，使光合作用能力大大加強。高等植物為登陸生物，有根、莖、葉的分化，使植物體伸展在空中，進(jìn)行旺盛的光合作用。在海、陸、空，全方位、大面積的分布條件下，植物的光合作用能力大大加強。消耗二氧化碳等溫室氣體的能力也大大加強。這樣，假設大氣中具有相同濃度的二氧化碳等溫室氣體的話(huà)，這時(shí)消耗這些溫室氣體所需的時(shí)間，大大縮短。所以，后期冰川形成的時(shí)間應比早期短得多。但冰川一旦形成，由冰川造成的地球去氣作用，必須強到一定程度，才可能使地球的去氣作用大于植物的光合作用。冰川的規模和冰川的去氣作用應是成比例的。這樣，就使冰川的規模必須足夠大，產(chǎn)生足夠大的去氣作用，才可能使冰川的形成停止。所以，后期冰川形成時(shí)，形成的冰川規模應比早期大，但形成的時(shí)間卻相應地比早期短。 總之，冰川規模的大小、冰川期和間冰期的長(cháng)短，是受太陽(yáng)光強度、綠色植物的演化程度、冰川形成時(shí)，極地地區是陸地或是海洋等因素綜合影響的。當然，硅酸鹽的風(fēng)化作用影響海洋的pH值，影響碳酸鹽的沉積。大氣中氧氣的含量的多少，影響地球上有機物的總量（包括一般有機物和礦物有機物），它們也會(huì )在一定程度上影響冰川的規模及冰川期和間冰期的長(cháng)短。 冰川的規模決定地球去氣作用的量，所以，以上這些因素，也會(huì )影響地球的去氣作用。 前面幾回，我們分析了本章第一節：地球去氣作用。有了這些基礎，我們就可以來(lái)分析地球演化過(guò)程中的各種至關(guān)重要的平衡作用。所以，我們現在來(lái)分析第二節 地球演化過(guò)程中的pH平衡。首先，我們來(lái)分析去氣作用對地球的作用。那么，去氣作用到底對地球及地球演化有什么作用？地球在演化過(guò)程中為什么沒(méi)有變成冰球，且聽(tīng)下回分解。 未完，待續。 下回預告：地球科學(xué)原理之26 去氣作用對地球的作用
（注：本“地球科學(xué)原理”系列，是根據廖永巖著(zhù)，海洋出版社（2007年5月）出版的《地球科學(xué)原理》一書(shū)改編而來(lái)，轉載者請署明出處，請不要用于商業(yè)用途） |
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