| 地球科學原理之二十五 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)和地震產生。火山和地震越強，地球的去氣作用也就越強，產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。冰川越大，形成和消融得越迅速，產生的二氧化碳等去氣氣體就越多。 那么，歷史上的冰川，為什么會有大冰川和小冰川之分呢？或者說，為什么有的時期形成的冰川大，如新元古宙和石炭-二疊紀的冰川，有的時期形成的冰川較小，如奧陶紀的冰川。假設地球表面的陸地和海洋的分布，在任何時期都是均勻分布的，那么，隨著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。冰川消融的過程中，又會造成造陸運動，再一次通過火山噴發(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，從而使地球進入一個間冰期。若真這樣的話，只要使二氧化碳減少的綠色植物進行光合作用的能力不變，地球在演化的過程中，冰川期和間冰期的時間間隔將基本相等；每一次冰川期形成的冰川規(guī)模大小也應一致。 但是，在不同的地球演化時期，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，當兩極降至冰點以下時，就會有冰川形成。但有時，兩極全是海洋，有時兩極全是陸地，有時一極是海洋，一極是陸地。 當兩極是海洋時，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。就會造成海水的垂直循環(huán)，冰川和海水進行強烈的熱量交換。若形成冰川時的極地海洋較大，或極地海洋能和附近海洋進行海水交流的話，就會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(qū)，除能通過大氣進行熱量交換外，還能通過海洋進行大規(guī)模的熱量交換。使極地海洋和地球其它地區(qū)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，只要冰川底部尚沒有和海洋底部接觸的話，大質量的冰川重力就不可能作用于地殼巖石圈，就不會有重力異常出現(xiàn)，不會有均衡調整，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，也就不會引發(fā)火山噴發(fā)和地震。沒有火山噴發(fā)和地震，地球的去氣作用就不會加強，二氧化碳的濃度就不會增高。在綠色植物的光合作用影響下，二氧化碳的濃度將進一步降低，溫度進一步降低。極地冰川的范圍將進一步擴大。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圍的陸地上。這時，極地冰川將會造成造海作用，會引起火山噴發(fā)和地震，導致地球的去氣作用增強。當?shù)厍蛉庾饔卯a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，大氣中的二氧化碳濃度將增高。隨著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，當極地是海洋時，一般很難形成冰川；但一旦冰川形成，往往形成的冰川規(guī)模較大，范圍較廣。 當冰川形成時，兩極地區(qū)是陸地。這時，冰川不可能通過海洋進行熱量交換，僅只能通過大氣進行熱量交換。這樣，熱量交換的強度大大降低，極地地區(qū)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，產生重力異常，引起均衡調整作用，產生造海作用，導致火山噴發(fā)和地震，引起強烈的地球去氣作用，產生大量二氧化碳等溫室氣體。當?shù)厍虻娜庾饔卯a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，二氧化碳等溫室氣體濃度增高，溫室效應增強，冰川形成停止或開始消融。 從以上可以看出，當冰川形成時，若極地地區(qū)是海洋（雙極海洋冰川），這時形成的冰川規(guī)模較大，形成的時間較長。若極地地區(qū)是陸地時（雙極陸地冰川），形成的冰川較小，形成所需的時間較短。若一極是陸地，一極是海洋的話（單極冰川），它的規(guī)模和形成時間，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(guī)模較大，當它消融時，形成的造陸作用也較強，產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，維持的時間也較長，即冰期后的間冰期時間較長。 雙極陸地冰川最后形成的冰川規(guī)模相對較小，它消融時形成的造陸作用也相對較小，產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，維持的時間相對較短，即冰期后的間冰期時間較短。 同時，太陽光的強度和綠色植物進行光合作用的能力大小，也對冰川的規(guī)模和時間間隔有一定的影響。 太陽光的強度，影響植物的光合作用。太陽光越強，光合作用就越強?？偟膩碚f，太陽光強度，隨著地球的演化，是越來越強。所以，假設植物的質量和數(shù)量不變的話，植物的光合作用強度，應是越來越強。 其實，植物的質量和數(shù)量，也并不是不變的。早期生命剛形成時，為原核單細胞生物，它們的光合作用能力相當弱。后來，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越強。若不考慮冰川和太陽因素，僅就植物的光合作用來說，早期的單細胞生物光合作用弱，進行光合作用消耗二氧化碳的能力也弱，通過光合作用降低二氧化碳等溫室氣體所需的時間較長。所以，那時形成冰川所需的時間，應比后期長。同時，由于低等的植物進行光合作用能力弱，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，產生的二氧化碳的量，就會大于植物的光合作用消耗的二氧化碳的量。所以，那時的冰川形成時間長，但冰川的規(guī)模卻很少。 后來，隨著氧氣量的增加，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程中，陸地面積和淺海面積的增加，使植物的生存空間進一步增加。 植物通過演化，產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，這時消耗這些溫室氣體所需的時間，大大縮短。所以，后期冰川形成的時間應比早期短得多。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(guī)模和冰川的去氣作用應是成比例的。這樣，就使冰川的規(guī)模必須足夠大，產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，形成的冰川規(guī)模應比早期大，但形成的時間卻相應地比早期短。 總之，冰川規(guī)模的大小、冰川期和間冰期的長短，是受太陽光強度、綠色植物的演化程度、冰川形成時，極地地區(qū)是陸地或是海洋等因素綜合影響的。當然，硅酸鹽的風化作用影響海洋的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），它們也會在一定程度上影響冰川的規(guī)模及冰川期和間冰期的長短。 冰川的規(guī)模決定地球去氣作用的量，所以，以上這些因素，也會影響地球的去氣作用。 前面幾回，我們分析了本章第一節(jié)：地球去氣作用。有了這些基礎，我們就可以來分析地球演化過程中的各種至關重要的平衡作用。所以，我們現(xiàn)在來分析第二節(jié) 地球演化過程中的pH平衡。首先，我們來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？地球在演化過程中為什么沒有變成冰球，且聽下回分解。 未完，待續(xù)。 下回預告：地球科學原理之26 去氣作用對地球的作用
（注：本“地球科學原理”系列，是根據廖永巖著，海洋出版社（2007年5月）出版的《地球科學原理》一書改編而來，轉載者請署明出處，請不要用于商業(yè)用途） |
