显生宙冰室气候的多重固态地球冷却机制解析

本期推荐的研究通过构建整合板块构造与风化过程的地球系统模型（ESM），首次揭示显生宙两次长期冰室气候（包括当前持续3400万年的冰期）的形成需多种固态地球冷却机制协同作用。模型证实大气CO2下降由板块俯冲脱气速率变化、大陆弧风化增强（AEF=7）及蛇绿岩缝合带暴露（SEF=20）共同驱动，突破传统单一机制假说，为地球长期气候调控提供新范式。

　　显生宙冰室气候的驱动机制解析
研究背景
地球气候系统在显生宙（5.4亿年至今）经历两次显著冰室气候期，其形成机制长期存在争议。传统假说聚焦单一因素如CO₂脱气速率或硅酸盐风化效率变化，但均无法完整解释冰期-温室期转换。本研究通过整合高分辨率板块构造模型与风化过程，构建新一代地球系统模型pySCION，首次实现多机制耦合分析。

关键方法突破
模型创新性体现在三方面：

1. 空间显式处理：将大陆弧（增强因子AEF=7）和蛇绿岩缝合带（SEF=20）的分布纳入网格化硅酸盐风化计算，校准现代河流溶蚀数据验证参数可靠性
2. 四维脱气重建：基于GPlates板块模型量化不同构造环境（洋中脊/大陆裂谷/俯冲带）的CO₂释放通量，剔除短期LIPs事件干扰
3. 古气候模拟器：耦合FOAM气候模型输出，以-10°C等温线界定冰盖发育

核心发现
多机制协同效应：

• 晚古生代冰室（3.6-2.9亿年前）需三要素叠加：潘吉亚大陆聚合导致的古地理变化（低纬度陆桥形成）、弧岩浆活动减弱（脱气减少50%）、海西造山带物理风化增强
• 新生代冰室（3400万年前至今）由三大过程驱动：特提斯洋闭合引发的降雨格局改变、东南亚蛇绿岩暴露（贡献19%风化通量）、弧相关脱气量下降至13-24 Mt C/a

机制局限性验证
单因素模拟显示：

• 仅大陆弧风化无法解释泥盆纪温暖期（温度偏差>10°C）
• 纯脱气变化导致三叠纪升温不足（Wasserstein距离达4.57）
• 古地理单独作用会高估侏罗纪冰盖范围（与实际沉积记录偏差50°纬度）

模型不确定性
FOAM气候模型的低敏感性（需3000 ppm CO₂才能匹配代理温度）可能导致pCO₂预测偏高。有机碳循环的空间简化（如未区分海陆有机碳埋藏）或影响泥盆纪植物登陆事件的模拟精度。

学科意义
该研究确立"多阈值协同"新范式：

1. 解释冰室期罕见性——需板块构造配置、风化热点分布与脱气谷值精准匹配
2. 揭示地球温度存在"无冰偏好"：固态地球过程更易维持温室状态
3. 为深时碳循环模型提供验证框架，未来可扩展至前寒武纪超大陆旋回研究