天玑-通往过去的门户：地质学家认为变质岩是古代地球碳循环的关键特征
在显微镜下观察到的加拿大安大略省一块10亿年前的岩石的照片。图片来源：uux.cn艾米丽·斯图尔特
（神秘的地球uux.cn）据佛罗里达州立大学（Kendall Cooper）：如果地球的历史是一个日历年，人类要到12月31日午夜前的最后几分钟才会出现。在元古代的Eon时期，即25亿年前至5.43亿年前，太阳仍然是一颗年轻的恒星，比今天暗得多，地球需要更强的温室效应来补偿和维持地球最早生命形式的宜居温度。
佛罗里达州立大学地质学助理教授艾米丽·斯图尔特的新研究挑战了长期以来的假设，即火山活动是造成地球早期生命温暖的原因。
斯图尔特的研究揭示了变质岩排放的二氧化碳产生了生物体生存所需的绝缘效应的证据。
斯图尔特与犹他州立大学地质学助理教授唐纳德·彭曼合著的一篇题为“元古代地球上变质二氧化碳释放增强”的论文于9月发表在《美国国家科学院院刊》上。
斯图尔特说：“通过研究古代地质过程在地球过去调节温度的方式，我们可以更好地了解气候敏感性，并预测地质过程在人类驱动的气候变化背景下可能如何发挥作用。”。“此外，了解碳是如何自然进出岩石的，可以为尖端科学提供信息，并帮助解决加速地球碳调节过程以应对气候变化所带来的工程挑战。”
在大气中，二氧化碳的作用就像一层隔离地球的毯子——更多的二氧化碳编织出更厚的毯子。元古代Eon见证了地球上一些最早生命的出现，包括类似于现代水母和蠕虫的小型软体生物。由于当时太阳明显变暗，地球在数百万年的时间里逐渐增加了大气中的碳含量。
在这些发现之前，科学家们认为这些气体主要来自火山活动，火山活动始于大约38亿年前，远在元古代Eon之前。然而，通过使用计算机生成的模拟和数学建模，该团队发现岩石对元古代温室效应有贡献。当地壳加热并加压碳酸盐硅酸盐岩石时，变质过程会释放二氧化碳，使地球变暖。
斯图尔特和彭曼发现，元古代Eon时期变质二氧化碳的排放——或物质向空气中释放气体——会产生比1750年前工业革命时期现代地质排放速率高四倍的大气碳浓度。
斯图尔特说：“当地质学家说‘现代’时，它通常包括寒武纪生命爆发后地球历史的最后5亿年。”。“这篇论文比较了工业化前和元古代的大气浓度，但人类驱动的碳通量，或今天二氧化碳释放到大气中的高速率，完全让所有这些地质问题相形见绌。”
大气只是地球更大碳循环的一部分。这个循环还涉及海洋、植物、动物、岩石和腐烂的生物。虽然海洋从大气中吸收了大量的碳，这是气候变化导致海洋酸化的驱动力，但植物利用阳光将碳转化并储存在组织中。动物食用植物后，会将二氧化碳排放回大气中。
虽然相比之下，岩石似乎是固定的、不可分割的，但斯图尔特和彭曼的研究提供了证据，表明岩石在历史上在碳循环中发挥的作用比最初想象的要大。如今，岩石既可以作为碳源，也可以作为碳汇。
彭曼说：“包括我在内的许多人认为变质脱碳是碳回收的一个背景过程。”。“这项研究表明，二氧化碳排放的速度会随着时间的推移而变化，与碳循环的其他组成部分有关，并可能以以前没有考虑过的方式推动大气碳的变化。”
为了验证变质岩在元古代变暖中发挥的作用比以前认为的更大的假设，斯图尔特和她的两名博士生——坎瓦·森古普塔和萨扬坦·萨哈——将在加拿大安大略省的中央变质沉积带沿线进行实地研究。
斯图尔特说：“我最喜欢地质学的一点是，它是通往过去的门户。”。“你可以通过考古学追溯30万年，但地球有46亿年的历史，检查岩石记录是我们了解地球大部分历史的唯一途径。”
