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4.1 地球历史上大气中的CO 2

地球在历史的早期,也和火星、金星相似,大气中的CO 2 占有很大的比重。据Preston Cloud(1968)的研究,CO 2 约占大气总量的50%。CO 2 的来源除了混沌初期的残留部分外,大多是通过地壳破碎带释放,或其他气体转化而来,如由CH 4 与其他大气成分化学反应产生的CO 2 和H 2 。另一部分是由地壳中的烃类物质,如由石油、天然气、煤炭等生成,以CO 2 、CH 4 等形成渗透到地表,进入大气层,并转化成CO 2 保存在大气中。

大气中的CO 2 含量在太古代(距今26亿年)前约为40%到了元古代末期(距今约6.4亿年)降到30%左右,到了古生代末(距今2.3亿年)下降到小于10 %,直到第三纪(距今2.2百万年)下降到1%左右,现在仅占0.03 %,成为稀有气体。

大气中CO 2 不断减少的原因,Preston Cloud等人认为主要是由于生物地球子系统日益发达,尤其是植物的光合作用结果,将CO 2 气体分解成为O 2 和C,其中O 2 供给了动物和植物的生长需要,而C则成为植物的组成部分。同时,一切生物,一切碳水化合物,都含有C元素。

大气中的CO 2 含量还具有不断波动的特征,除了受生物影响外,还受到气温变化的影响,如表4.1所示。

据Berner(2001)研究,从6亿年来地球大气中CO 2 浓度的变化具有波动性、节律性和不确定性。

波动性:距今6亿年以来,大气中的CO 2 浓度,具有明显的波动性特征,距今6亿~3.5亿年间有一个很高的波峰,距今4亿~2.5亿年间为一个很低的波谷,距今2.5亿~1亿年为一个不大的波峰,距今大约1亿~0.001亿年间为一不大明显的波谷,大约从距今1万年后CO 2 的浓度开始缓慢地上升。CO 2 浓度的波谷,基本上与地球历史上的冰期有关。

节律性或周期性:地球大气中CO 2 浓度的变化,大体以2亿年为周期。大约与地球的冰期,或银河系周期,或Milankovitch的大周期有关。

不确定性:无论是CO 2 浓度的波动强度,还是波动周期都具有明显的不确定性特征。CO 2 浓度的波动与周期性中,都包括了若干个小的波动与周期,而且都是不一致的,具有明显的不确定性。

从距今6亿年至今的CO 2 浓度总的趋势来看,浓度越来越小,这是另一个特征,可能是由于地球系统的规则所决定的,如图4.2和图4.3所示。

图4.2显示了相当长时期内CO 2 与气温并无直接联系。

图4.1 地球历史时期的大气中CO 2 的变化示意图

图4.2 地球各历史时期全球气温与CO 2 的关系(Berner,2001)

图4.3 1亿年来大气中CO 2 含量变化模式 8MZ3vaN0rmvJyURtf8k2qN1cDVw1JCcATrqKNBspSThangR3KRl8km5+8H2vp+L3

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