古氣候與研究的新進(jìn)展

古氣候與研究的新進(jìn)展

在過去10年中，二維是地球科學(xué)家和環(huán)境科學(xué)家共同關(guān)注的中心問題。CO2氣藏是重要的氣體礦產(chǎn)資源,CO2可以引發(fā)災(zāi)害,更重要的是人們逐漸了解到大氣中CO2含量與全球溫室效應(yīng)有密切聯(lián)系。目前,從全球變化的角度研究CO2是國際重大地學(xué)及生態(tài)環(huán)境研究課題,已經(jīng)發(fā)表了大量成果。本文將基本不涉及當(dāng)代全球變化中的CO2問題,而著重從地質(zhì)歷史的角度探討這一饒有趣味但研究程度尚低的問題。1近地表碳循環(huán)在地球的碳循環(huán)中,CO2有著重要的位置與作用。在水的參與和較氧化條件下,大氣中的CO2與巖石、碎屑、土壤中的各種硅酸鹽礦物發(fā)生反應(yīng),形成風(fēng)化作用,其最后產(chǎn)物為Ca2+、Mg2+、HCO3-等離子。這些離子經(jīng)河流搬運(yùn)到海洋,下滲并被加熱的海水與海底巖石發(fā)生化學(xué)反應(yīng),也向海水輸送離子。就Ca2+和Mg2+而言,Mg2+較多地保留于海水中,而Ca2+則較易形成碳酸鹽沉積。這樣,大氣中的CO2就轉(zhuǎn)化而成碳酸鹽。反過來,經(jīng)過溶解、成巖和變質(zhì)作用,碳酸鹽也可以產(chǎn)生CO2。地表和近地表碳循環(huán)的另一環(huán)節(jié)是有機(jī)質(zhì),它們在不同條件下的運(yùn)移、轉(zhuǎn)化、富集和堆積可以形成煤和油氣資源。有機(jī)質(zhì)也可氧化產(chǎn)生CO2。植物光合作用和呼吸作用消耗和產(chǎn)生的CO2大致是平衡的。據(jù)Holland(1978),它們的產(chǎn)率都是300×1015g/a。另據(jù)Berner等(1983),地表硅酸鹽巖石風(fēng)化所消耗的CO2大致可由地球深部去氣作用所排放的CO2補(bǔ)償,二者約為(6～11)×1012mol/a。Holland(1978)和Berner等(1983)都計(jì)算過,如若沒有地球內(nèi)部向大氣排放的CO2,則大氣中的CO2將因巖石風(fēng)化、碳酸鹽沉積等原因,于10000a內(nèi)耗盡,大氣—水圈中的CO2于500000a內(nèi)耗盡。這就說明了地球內(nèi)部去氣作用的重要性。CO2還參與了碳的更大循環(huán),即伴隨板塊的下插,以碳酸鹽或有機(jī)質(zhì)存在的碳便可由地殼轉(zhuǎn)移到地幔,之后再經(jīng)地球內(nèi)部的各種作用運(yùn)移到地殼淺部和地表。有人甚至認(rèn)為,地表一半的CO2來源于再循環(huán)的碳。2陸海火山co、3he的含量從地球內(nèi)部向大氣和水圈可排放CO2、H2O和一些其它揮發(fā)分。來自地球內(nèi)部的CO2按其來源或成因的不同可分為:火山(巖漿)成因、變質(zhì)成因(包括成巖作用)和沖擊成因三大類,地幔存在原生CO2,還可能存在其它來源不明的CO2(見以后的討論)。在地質(zhì)歷史的不同時(shí)期,上述不同地質(zhì)作用都曾將CO2輸向太空。其中,火山和變質(zhì)成因CO2可能是起作用的因素,沖擊成因CO2帶有較大的偶然性,但在一定時(shí)期,它也可發(fā)揮重要作用。區(qū)別大氣中CO2的不同成因是不可能的事,只能分別加以估算。但最近幾年至少對火山去氣采取了直接觀察和測量的方法,而且取得一定的成效。據(jù)Gerlach(1991)的報(bào)導(dǎo),在美國全球變化研究項(xiàng)目(U.S.GlobalChangeResearchProgram)中包括了火山排出CO2之監(jiān)測。此項(xiàng)研究由美國地質(zhì)調(diào)查所Cascades火山觀察站(CascadesVolcanoObservatory)負(fù)責(zé)。該所采用的直接測定火山CO2的方法主要有兩種:空載MIRAN紅外光譜測量,主要測定高于背景值的CO2含量和空載COSPEC紫外光譜測定SO2含量,并同時(shí)給出CO2/SO2比值,從這兩組數(shù)據(jù)推算CO2含量。此項(xiàng)針對陸上火山排出CO2的測定工作因系最近幾年才開始,故測試多為短期的;測量對象為火山口,而未考慮火山錐翼部排出的CO2,后者在某些火山中可能占全部火山排出CO2之相當(dāng)部分;再者,由于測量技術(shù)原因,所測對象多系處于間歇或休眠狀態(tài)之火山,而未包括正在爆發(fā)或噴溢的火山。盡管存在上述不足,但所測數(shù)據(jù)還是有一定應(yīng)用價(jià)值的。Gerlach列舉了七個(gè)陸上火山CO2測定實(shí)例,其中五個(gè)處板塊會(huì)聚地帶,一個(gè)處板內(nèi),另一個(gè)則為板內(nèi)與海島熱點(diǎn)hotspot有關(guān)的火山。從Gerlach所列數(shù)據(jù)可以看出這七個(gè)陸上火山排出CO2值差別頗大:最高值0.58×1012mol/a取自意大利西西里島之Mt.Etna火山,最低值來自同一島嶼之另一火山Vulcano,僅為(0.0004～0.0015)×1012mol/a。對全球陸上火山排出CO2值的最近估算則比較接近。Marty和Jambon(1987)估計(jì)全球島弧陸上火山CO2產(chǎn)出率為(0.1～0.5)×1012mol/a。Williams等(1990)對全球陸上火山CO2排放率之估算為1.2×1012mol/a,Gerlach之估算則為1.8×1012mol/a。對海底廣泛發(fā)育的火山排氣目前缺少直接測試手段,但也開始嘗試通過測定大洋中脊熱液管道排出流體的CO2/3He值,以估算CO2排放量。據(jù)Gerlach(1991),目前僅對東太平洋中脊三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行了測定,其CO2產(chǎn)出率為(0.6～0.75)×1012mol/a。由于測定值太少,代表性存在欠缺。Marty和Jambon(1987)用同樣的CO2/3He法測定大洋中脊玄武巖玻璃,測定樣品遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過對東太平洋中脊熱液管道的測定樣品。他們的測定值多集中于1.5×1012mol/a附近。但后一測定值也存在問題,因?yàn)樵趲r漿去氣過程中可能發(fā)生同位素分餾,因而玄武巖玻璃的CO2/3He測定值本來就應(yīng)不同于熱液管道測定值。根據(jù)Gerlach(1991),陸上火山及海底火山之CO2產(chǎn)出率各為(1～2)×1012mol/a。Gerlach認(rèn)為這一估算可能偏于保守,因?yàn)樗磳⒔M成海底火山重要成員——洋底高原玄武巖及火山鏈島嶼考慮在內(nèi),后者的CO2排放量目前還是未知數(shù)。本文作者認(rèn)為Berner(1990)最近對全球陸上及海底火山CO2排放量的計(jì)算,即11×1012mol/a可能更接近實(shí)際。這里,還可以補(bǔ)充一個(gè)最近實(shí)測火山排出CO2量的報(bào)導(dǎo)(Brantleym與Koepenick,1995)。測定對象是當(dāng)今世界上唯一噴溢巖漿碳酸巖的火山,即東非裂谷帶內(nèi)的OldoinyoLengai火山。它的組成巖石主要為響巖質(zhì)和霞巖質(zhì)的火山碎屑巖,內(nèi)含<1%的富鈉巖漿碳酸巖,后者年齡為0.35Ma?；鹕娇谂懦龅腃O2占整個(gè)排氣量的97%,但CO2的絕對排放量并不高,僅為(0.05～0.06)×1012mol/a。含碳酸鹽巖石在區(qū)域變質(zhì)過程中可以產(chǎn)出并排放CO2。早在1986年Fyfe即提出了變質(zhì)成因CO2是大氣CO2的重要來源,并首次提出喜馬拉雅碰撞造山及順走滑斷層都可產(chǎn)出CO2。最近Kerrick和Caldeira(1994)作了喜馬拉雅造山帶變質(zhì)過程中CO2產(chǎn)出量的估算,約為1018～1019mol/Ma,即1012～1013mol/a。其中約一半可順剪切帶,如中央大斷裂逸散于大氣中。同時(shí)代的阿爾卑斯造山帶在變質(zhì)過程中可產(chǎn)出同等數(shù)量級的CO2。變質(zhì)成因CO2在全球大氣CO2中所占的分量目前還未開展研究,測定和估算它的難度要大于火山成因CO2。天外來客的沖擊作用也能產(chǎn)出CO2。嚴(yán)格地說,這種沖擊成因CO2不能算作地球內(nèi)部產(chǎn)出的CO2。只是由于這種CO2來源于地殼淺部的碳酸鹽巖石,因而將它與火山成因、變質(zhì)成因CO2放在一起討論。應(yīng)當(dāng)說,這是一個(gè)剛被提出的新問題。最近幾年人們在努力尋找早在1980年Alvarez提出的白堊—第三紀(jì)之交出現(xiàn)的天體沖擊事件的直接見證——隕石坑。墨西哥的Chicxulub盆地被認(rèn)為是最可能的候選者。Sharpton(1993)認(rèn)為它是10多億年來地球所受到的最強(qiáng)烈的沖擊。這個(gè)盆地的白堊系是淺海沉積,賦存大量石灰?guī)r和石膏。據(jù)Pope等(1994)的計(jì)算,沖擊可導(dǎo)致瞬間釋放高達(dá)1019g的CO2,可引起全球增溫4℃。石膏含量雖遜于碳酸鹽巖石,但它受沖擊后形成的酸雨所可能帶來的短期氣候效應(yīng)要大于CO2。以上,扼要地討論了地球內(nèi)部排出CO2研究的若干新進(jìn)展?？傮w看,研究工作處于探索的開始階段。為了使地球內(nèi)部成因CO2的討論更充實(shí)一些,這里還需要簡略補(bǔ)充成因不明的CO2來源。湖泊與CO2的關(guān)系在最近幾年吸引了人們的注意。Kling(1994)根據(jù)全世界1800多個(gè)湖泊的綜合剖析,得出了與前人設(shè)想完全相反的結(jié)論:90%以上的湖泊之CO2含量為周圍大氣CO2含量之三倍。過去,人們認(rèn)為湖泊吸收了CO2,看來這一機(jī)制不是主要的。Kling提出湖泊也是大氣中CO2的來源,但談不出它的來龍去脈。說到這里,人們不能不回憶主要由于CO2大噴發(fā)導(dǎo)致1700人喪生的1986年非洲喀麥隆Nyos湖事件。當(dāng)時(shí),不少學(xué)者認(rèn)為Nyos是火山湖,火山排出的CO2高度濃集于湖底層,由于底層流翻轉(zhuǎn)到湖表面,壓力突然釋放,造成大量CO2的排放成災(zāi)。最近的一些研究(Evans等,1995)都傾向于否定大量CO2的聚集與火山活動(dòng)有關(guān),底層湖水的CO2來源被認(rèn)為是湖底下面的巖石,但CO2成因、濃集機(jī)制及與湖水的關(guān)系有待進(jìn)一步深入研究。在討論地球內(nèi)部CO2成因機(jī)制時(shí),人們還應(yīng)當(dāng)從氣液包裹體成分研究得到啟示。Roedder早在1965年就提到,在他所觀察到的分布遍及全球的堿性玄武巖中的超鎂鐵質(zhì)捕虜體中均找到了液態(tài)CO2包裹體。之后,其他一些學(xué)者在金伯利巖和更多的堿性玄武巖捕虜體中也發(fā)現(xiàn)了液態(tài)CO2包裹體。雖然多數(shù)CO2包裹體個(gè)體甚小,多落入10-9m數(shù)量級,但個(gè)別橄欖石晶體中之CO2包裹體可占據(jù)3%(體積)。在現(xiàn)代活火山Vesuvius的超鎂鐵質(zhì)捕虜體中也找到CO2包裹體。一般認(rèn)為地幔巖漿的CO2含量大得多,但多在上升過程中逸散了。這種地幔巖中包裹體CO2可能是一種原生CO2,它的形成與地幔的演化息息相關(guān)。目前尚無可能估算地幔CO2的含量,但這種CO2無疑是前述火山成因CO2的部分來源。盡管地幔CO2含量甚低,但分布卻較廣泛。不久前Tracy(1987)等發(fā)現(xiàn)1180～1530℃區(qū)間,3GPa壓力下,碳在橄欖石熔體中的溶解量>100×10-6(重量),這為碳在地幔中的普遍存在提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)?？磥?近20年來,人們從不同側(cè)面,包括觀察、測定、實(shí)驗(yàn)、推理等,對地球內(nèi)部作用排出CO2問題作了不少工作,但由于這項(xiàng)研究的復(fù)雜性,制約因素的多樣性,還需要進(jìn)行大量探索,以求得接近實(shí)際的答案。3大氣礦物組成在地球演化歷史中,大氣CO2所占比重與絕對含量呈遞減變化趨勢,但起伏波動(dòng)頗大。制約地球大氣圈與水圈組成物質(zhì)變化的因素甚多,包括風(fēng)化、火山噴發(fā)、熱水噴流、光合作用、呼吸作用、輕元素(H、He等)逸散及人為作用等。反演各種流體的演化歷史主要依據(jù)地質(zhì)宏觀分析、元素及礦物共生組合、熱力學(xué)計(jì)算、地球化學(xué)模擬、同位素等方法。太古宇大氣具高含量CO2,這主要?dú)w功于當(dāng)時(shí)普遍而大量的火山噴發(fā),而大氣高CO2含量的地質(zhì)依據(jù)是太古宙地層中少見的碳酸鹽巖石,如華北地區(qū)廣泛出露的太古宇中,包括鞍山群、遷西群、太華群、泰山群、集寧群等,變質(zhì)白云巖、大理巖等均屬少見,僅阜平群含較多碳酸鹽巖石,這與元古宙、顯生宙出現(xiàn)的廣泛而巨厚的碳酸鹽沉積形成鮮明的對照。世界范圍太古宙地層少見碳酸鹽巖石無疑與當(dāng)時(shí)大氣高含量CO2有關(guān),大氣中pCO2增大,水中溶解的CO2隨之加高,這就使碳酸鹽較難沉淀。因制約地質(zhì)歷史時(shí)期大氣CO2含量的因素甚多,推理與估算CO2含量難度頗大,故長期以來多為定性描繪,只是近年來才涉足于半定量評估。下面試就這一問題作扼要討論。根據(jù)對前寒武紀(jì)條帶狀硅鐵建造(BIF)、含黃鐵礦、金、鈾古礫巖、較晚出現(xiàn)的不含黃鐵礦但含金古礫巖和19億年后才出現(xiàn)的紅層中穩(wěn)定礦物組合的熱力學(xué)計(jì)算,Krupp(1994)等得出結(jié)論,23.5億年前,大氣幾乎全為CO2(pCO2≤1×105Pa)和N2所組成,其它組分只屬微量。大量CO2的存在造成酸雨和酸性地表水(pH≥3.9)。23.5～21億年間,古礫巖中黃鐵礦的消失與氧化鐵礦物的出現(xiàn)意味著光合作用產(chǎn)生的氧已開始超過氧的耗損。之后氧的繼續(xù)增多及CO2的降低導(dǎo)致紅層的出現(xiàn)。Krupp的這一推論與較早已討論的真核生物在早元古宙的出現(xiàn)引起大氣氧含量增加與CO2降低的觀點(diǎn)是一致的。另一些學(xué)者從元素共生這一角度出發(fā)論證了古大氣成分的變化。Langford(1983)分析了前寒武紀(jì)形成的重要鈾礦床的釷鈾共生關(guān)系,他發(fā)現(xiàn)20億年前形成的鈾礦床,如加拿大的產(chǎn)鈾花崗巖、偉晶巖和南非、加拿大的含鈾古礫巖,其鈾礦物都含多量釷,但20億年后形成的鈾礦床,如加蓬的砂巖型鈾礦、澳大利亞與加拿大的不整合脈型鈾礦等,其鈾礦物基本不含釷。據(jù)Langford,導(dǎo)致20億年前發(fā)生的從鈾釷共生突變到鈾釷分離的關(guān)鍵因素是大氣由缺氧富CO2突變到富氧貧CO2。這一突變時(shí)期約持續(xù)4億年。最近,Rye等(1995)根據(jù)古土壤剖面研究,認(rèn)為22～27.5億年間古大氣CO2含量約為今天的100倍。從前述可看出,地質(zhì)宏觀觀察、礦物與元素共生組合、古土壤、古生物的研究均表明約在20億年前大氣發(fā)生了從富CO2貧氧到貧CO2富氧的突變。對此多數(shù)研究者已取得共識。從20億年前到現(xiàn)在,大氣組成顯然沒有發(fā)生象20億年前那樣的突變,大氣主要由氧、氮組成,CO2實(shí)質(zhì)上是微量氣體,但即或如此,后者在不同地史時(shí)期含量波動(dòng)依然是劇烈的。從最近發(fā)表的一系列有關(guān)格林蘭大陸冰川冰芯研究,15萬年以來大氣CO2含量屢有變化。同樣情況存在于顯生宙,從大尺度時(shí)間跨度考慮,這種變化大于最近15萬年的變化。人們主要通過地球化學(xué)模擬和氧、碳同位素等方法探索顯生宙大氣CO2含量問題,目前也僅能達(dá)到半定量水平。Berner(1992)模擬了顯生宙大氣CO2含量變化。他的地球化學(xué)模擬考慮了各大陸位置、面積、高度的變化、洋殼增生、碳酸鹽巖石的形成與分布、陸生植物演化及影響風(fēng)化速率的一些因素等。他的結(jié)論是:早古生代和中生代CO2含量高,而石炭—二疊紀(jì)和晚新生代CO2含量低。整個(gè)顯生宙大氣CO2含量變化趨勢見圖1。圖1的縱坐標(biāo)示大氣CO2含量(刻度是古大氣CO2為現(xiàn)代大氣CO2含量之倍數(shù)),橫坐標(biāo)為地質(zhì)年代,三條粗短線代表顯生宙的三次冰期,即晚奧陶世、石炭—二疊紀(jì)與晚新生代。由一系列模擬值串起的聯(lián)線(實(shí)線)是CO2含量變化曲線。實(shí)線上下的虛線圈定了一定范圍,這是由于假定與計(jì)算的某些不確定因素引起的,上虛線代表古大氣CO2含量的可能最高值。短豎線系其他作者用其它方法(主要是穩(wěn)定同位素)測定結(jié)果。從這一示意圖解可以看出:(1)顯生宙大氣CO2含量以早古生代為最高,特別在寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)之交,可能達(dá)到現(xiàn)今大氣CO2含量之20倍,中生代則以白堊紀(jì)為最高,達(dá)到現(xiàn)今大氣CO2含量之8倍左右。(2)大氣最低含量CO2出現(xiàn)于石炭—二疊紀(jì)和包括第四紀(jì)在內(nèi)的晚新生代,很可能前寒武紀(jì)最末期也具最低含量CO2,這三個(gè)地質(zhì)時(shí)期都有大面積大陸冰川的分布。值得注意的是上述古大氣CO2變化趨勢用其它方法也可以得出。如Clayton(1993)利用二次開發(fā)的大量干酪根的碳同位素?cái)?shù)據(jù)得出幾乎完全一致的結(jié)論,即早古生代具最高大氣CO2值,之后逐漸降低,而石炭—二疊紀(jì)和晚第三紀(jì)呈現(xiàn)最低峰。新生代晚始新世大氣CO2含量有兩個(gè)測定值。據(jù)Kerrick及Caldeira(1994)的報(bào)導(dǎo),Freeman和Hays根據(jù)浮游生物卟啉碳同位素測定,認(rèn)為晚始新世大氣CO2含量為現(xiàn)今之2倍,而Arthur根據(jù)總有機(jī)質(zhì)碳同位素,則得出了6倍的結(jié)論。上述各種對不同地質(zhì)時(shí)期大氣CO2含量之模擬、推理與通過同位素方法之間接測定,均給出了與今日大氣CO2含量相比較的比值,即倍數(shù)。人們不禁要問,今天大氣CO2含量究竟是多少?由于CO2是微量氣體,它對制約的各種因素反映靈敏,在不同地區(qū)、不同季節(jié)、不同人為排放度等會(huì)有一些差別。這里引用兩組數(shù)據(jù)。Holland在他的名著“TheChemistryoftheAtmosphereandOceans”(1978)一書中稱,大氣平均CO2含量在工業(yè)革命前為290×10-6(體積,下同),1970年為325×10-6,預(yù)計(jì)本世紀(jì)末可達(dá)390×10-6。我國學(xué)者周秀驥等(1996)給出了不同地區(qū)1994年8月—1995年6月的大氣CO2含量測定值(平均):西寧西200km為369.7×10-6,浙江臨安372.6×10-6,哈爾濱南龍鳳山394.3×10-6。4大氣形勢與中、晚新生代氣候關(guān)系盡管是微量氣體,在當(dāng)今全球變化中CO2卻與氣候轉(zhuǎn)暖或變寒有密切聯(lián)系。實(shí)際上若干其它微量氣體也有類似功能,但影響程度遜于CO2。早在1981年,Hansen等即例舉了CO2、CH4、N2O、CCl2F2—CCl3F等致暖氣體和SO2、O3等致寒氣體。關(guān)于當(dāng)今氣候變化與CO2的關(guān)系已有大量研究成果發(fā)表,此處不贅述。在地質(zhì)歷史時(shí)期,“溫室效應(yīng)”、“冰室效應(yīng)”與CO2的含量關(guān)系也是密切的。如前述23.5億年前大氣主要由CO2與N2組成。據(jù)前蘇聯(lián)科拉半島超深鉆研究發(fā)表的資料,太古宙變質(zhì)時(shí)期的古地溫梯度為現(xiàn)在的5～7倍,這意味著當(dāng)時(shí)地表溫度應(yīng)比今日高許多。大氣高CO2含量的早古生代、白堊紀(jì)、始新世等時(shí)期,亞熱帶植物可在高緯度地區(qū)生長,冰蓋消失。Raymo和Ruddiman(1992)利用大西洋深海鉆探(ODP)巖芯中底棲有孔蟲氧同位素資料作圖(圖2),它說明在中中新世之前的整個(gè)新生代,大陸冰蓋不存在,這與大氣CO2含量分布是一致的。另一方面,石炭—二疊紀(jì)與晚新生代均有廣泛冰蓋發(fā)育,大氣CO2含量為最低谷。但正象當(dāng)今全球變化與CO2之間還存在著復(fù)雜關(guān)系和疑難問題一樣,地質(zhì)歷史時(shí)期類似性質(zhì)的關(guān)系也是存在的。我們不可能對此問題詳加討論,僅舉個(gè)別例子說明。誠如前述,顯生宙兩次大冰期,即石炭—二疊紀(jì)與晚新生代,大氣CO2含量均處低谷,但另一次冰期,即晚奧陶世,大氣CO2含量卻并不比氣候炎熱的白堊紀(jì)低(圖1)。圍繞這一問題已展開了一些議論,但距離找出合理解釋還有一段路程。白堊紀(jì)的炎熱氣候有著充分的古生物依據(jù),如珊瑚分布較現(xiàn)在偏極地5°～15°,當(dāng)時(shí)的平均氣溫比現(xiàn)在高6～14℃,這與前述白堊紀(jì)大氣CO2含量為現(xiàn)在的8倍是一致的。但白堊紀(jì)赤道附近水溫并不比現(xiàn)在高。如何解釋這一現(xiàn)象是需要深入探索的。5青海湖濕地公園與氣候變化青藏高原這個(gè)舉世無雙的龐然大物卻與微量氣體CO2結(jié)下了不解之緣,這是當(dāng)前國際地球科學(xué)界熱門話題之一。前已述及,以Kerrick和Caldeira(1994)為代表的學(xué)派提出,歐亞板塊與印度板塊在晚白堊—早新生代的碰撞,形成了喜馬拉雅造山帶。這一巨大造山帶所囊括的巨厚碳酸鹽堆積經(jīng)過變質(zhì)去氣作用,可以產(chǎn)生1018～1019mol/Ma的CO2?；就谛纬傻陌柋八乖焐綆Ш蜑I太平洋帶在變質(zhì)作用中也可產(chǎn)生同等數(shù)量級的CO2。變質(zhì)去氣產(chǎn)生的CO2那怕只是部分逸散到大氣中,也足以形成始新世的溫室效應(yīng)(圖1,2)。始新世之后,大氣CO2含量與氣溫逐漸下降,并在新生代晚期廣泛出現(xiàn)大陸冰川(圖2)。于是,人們又在思索碰撞后隆升的青藏高原與CO2的關(guān)系了。陸上持久的化學(xué)風(fēng)化作用能夠消耗大氣中大量的CO2,我們已在前述碳循環(huán)中提到這一點(diǎn)。新生代中期后開始隆升的青藏高原加劇了化學(xué)風(fēng)化趨勢。Raymo和Ruddiman(1992)統(tǒng)計(jì)了流經(jīng)和發(fā)源于青藏高原的諸大河流,包括黃河、長江、印度河、雅魯藏布江等的溶解固體物質(zhì)。他們發(fā)現(xiàn),占全球陸地總面積不過5%的青藏高原卻供應(yīng)了全球1/4的溶解固體物質(zhì)。形成這樣巨量的化學(xué)風(fēng)化產(chǎn)物消耗了大量CO2,而這正是新生代中期以后全球氣候轉(zhuǎn)寒的關(guān)鍵所在。青藏高原形成、隆升及其通過CO2對全球氣候制約機(jī)制的討論不過是最近幾年的事。這一問題涉及眾多學(xué)科,顯然不是短期可以解決的。但CO2問題確實(shí)提出了一條思路,而這一思路過去是被忽略了的。6%的突變在各種揮發(fā)分中,H2O與CO2在成礦過程與之后的演化中均發(fā)揮了重要作用,雖然CO2的作用較H2O可能局限一些,但對它的研究程度卻遠(yuǎn)低于對于H2O。與游離水不同的是,游離CO2有隨深度加大而增高的趨勢。Smith和Ehrenberg(1989)論證了在各種沉積盆地中,天然氣中CO2含量隨深度和溫度而加大。隨著變質(zhì)程度的加深,氣液包裹體中的CO2也有增多的趨勢。Roedder(1984)曾說明,富H2O包裹體(H2O>90%)到富CO2包裹體(CO210%～60%)的突變發(fā)生于十字石變質(zhì)級,即相當(dāng)淺到中級變質(zhì)邊界。他還論證了麻粒巖相變質(zhì)巖中,包裹體主要甚至全部為CO2充填。最近,Dobrzhinetskaya(1995)報(bào)導(dǎo)了挪威西海岸高級變質(zhì)及榴輝巖區(qū),變質(zhì)高峰流體為N2-CO2型?？磥?下地殼巖石與前述地幔巖一樣,其流體是富CO2的。這種深部存在并廣泛分布的CO2對成礦物質(zhì)上升運(yùn)移無疑會(huì)起重要作用,但這方面的研究目前尚不多見。成礦金屬可呈配合物形式被搬運(yùn)是礦床地球化學(xué)界的共識。過去主要以金屬和Cl\,S以不同方式結(jié)合進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。只有少數(shù)金屬呈碳酸鹽配合物形式搬運(yùn),如鈾可呈碳酸鈾酰形式遷移。值得注意的是,華南不同類型鈾礦床礦石中碳酸鹽礦物碳同位素分析均指示了碳的深部來源(胡瑞忠,1993),盡管這些鈾礦床,包括砂巖型、花崗巖型、碳硅泥巖型等均形成于地殼淺部。世界范圍的綠巖帶型和變質(zhì)碎屑巖型金礦床的含金石英脈中常含富CO2的包裹體,后者有時(shí)呈液態(tài)。據(jù)Roedd