麻省理工学院的地质学家发现，海底的一种粘土矿物，被称为蒙脱石，具有惊人的强大能力，可以在数百万年的时间里隔绝碳。
在显微镜下，一粒粘土就像手风琴的褶皱。这些褶皱被认为是有机碳的有效陷阱。
现在，麻省理工学院的研究小组已经证明，碳捕获粘土是板块构造的产物:当海洋地壳与大陆板块碰撞时，它可以将岩石带到地表，随着时间的推移，这些岩石可以风化成包括蒙脱石在内的矿物质。最终，粘土沉积物会回到海洋中，在那里，矿物质会把死去的生物困在它们微小的褶皱中。这可以防止有机碳被微生物消耗，并以二氧化碳的形式释放回大气中。
在数百万年的时间里，蒙脱石可以产生全球性的影响，帮助整个地球降温。通过一系列的分析，研究人员表明，蒙脱石很可能是在过去5亿年的几次主要构造事件之后产生的。在每次构造事件中，粘土捕获了足够的碳来冷却地球，并引发了随后的冰河时代。
这一发现首次表明，板块构造可以通过产生捕碳蒙脱石来引发冰河时代。
这些粘土可以在今天某些构造活跃的地区找到，科学家们认为蒙脱石继续封存碳，为人类的气候变暖活动提供了一个自然的，尽管缓慢的缓冲。
“这些不起眼的粘土矿物的影响对行星的可居住性有着广泛的影响，”麻省理工学院地球、大气和行星科学系的研究生约书亚·默里说。“这些粘土甚至可以在现代应用中抵消人类向大气中排放的一些碳。”
Murray和麻省理工学院地质学教授Oliver Jagoutz在《自然地球科学》杂志上发表了他们的发现。
粘土一种清澈而有活力的粘土
这项新研究延续了该团队之前的研究，该研究表明，地球上每一次主要的冰河时代都可能是由热带地区的构造事件引发的。研究人员发现，这些构造事件中的每一次都将被称为蛇绿岩的海洋岩石暴露在大气中。
他们提出的观点是，当热带地区发生构造碰撞时，蛇绿岩会经历一定的风化作用，比如暴露在风、雨和化学相互作用下，将岩石转化为各种矿物质，包括粘土。
“这些粘土矿物，取决于你创造的种类，以不同的方式影响气候，”默里解释说。
当时，人们还不清楚这种风化作用会产生哪些矿物质，以及这些矿物质是否以及如何直接导致地球变冷。因此，虽然板块构造和冰河时代之间似乎存在联系，但其中一个触发另一个的确切机制仍然是个问题。
在这项新研究中，研究小组希望了解他们提出的构造热带风化过程是否会产生碳捕获矿物，其数量是否足以引发全球冰河时代。
该团队首先查阅了地质文献，并收集了主要岩浆矿物随时间变化的方式，以及这种风化可以产生的粘土矿物类型的数据。然后，他们将这些测量结果应用到不同类型岩石的风化模拟中，这些岩石已知会在构造碰撞中暴露出来。
“然后我们看看这些岩石类型在风化和热带环境的影响下破裂时会发生什么，以及由此形成的矿物质，”Jagoutz说。
接下来，他们将每一种风化的“最终产品”矿物插入地球碳循环的模拟中，以观察特定矿物可能产生的影响，要么与有机碳(如死亡生物的碎片)相互作用，要么与大气中以二氧化碳形式存在的无机碳相互作用。
从这些分析中，有一种矿物的存在和作用是明确的:蒙脱石。粘土不仅是热带构造的自然风化产物，而且在捕获有机碳方面也非常有效。理论上，蒙脱石似乎是构造和冰河时代之间的坚实联系。
但是，是否有足够的粘土来触发之前的四个冰河期呢?理想情况下，研究人员应该通过在每个全球冷却时期的古老岩层中发现蒙脱石来证实这一点。
默里说:“不幸的是，由于粘土被其他沉积物掩埋，它们被煮熟了一点，所以我们不能直接测量它们。”“但我们可以寻找他们的指纹。”
缓慢构建
研究小组推断，由于蒙脱石是蛇绿岩的产物，这些海洋岩石也含有镍和铬等特征元素，这些元素将被保存在古代沉积物中。如果蒙脱石在过去存在，那么镍和铬也应该存在。
为了验证这个想法，研究小组查看了一个数据库，其中包含了过去5亿年沉积的数千块海洋沉积岩。在这段时间里，地球经历了四个不同的冰河时代。研究人员观察了每一个时期的岩石，观察到镍和铬的大量峰值，并由此推断蒙脱石也一定存在。
根据他们的估计，粘土矿物可以增加有机碳的保存不到千分之一。就绝对值而言，这是一个极小的数目。但经过数百万年的计算，他们计算出粘土中积累的、封存的碳足以引发四次主要冰河时期中的每一次。
“我们发现，你真的不需要很多这种材料就能对气候产生巨大影响，”Jagoutz说。
穆雷补充说:“在人类参与之前的300万到500万年里，这些粘土也可能对地球的冷却做出了一定的贡献。”“在没有人类的情况下，这些粘土可能会对气候产生影响。这是一个缓慢的过程。”
“Jagoutz和Murray的工作很好地证明了考虑全球碳循环的所有生物和物理成分是多么重要，”宾夕法尼亚州立大学的地球科学教授Lee Kump说，他没有参与这项研究。“所有这些成分之间的反馈控制着所有时间尺度上的大气温室气体浓度，从大气二氧化碳水平的每年上升和下降，到数百万年来从冰窖到温室的波动。”
蒙脱石能否被有意地利用以进一步降低全球的碳排放?默里看到了一些潜力，例如，支持永久冻土层等地区的碳库。据预测，变暖的气温会融化永久冻土，暴露出埋藏已久的有机碳。如果蒙脱石可以应用到这些地区，粘土可以防止这些暴露的碳逃逸到大气中，进一步使大气变暖。
“如果你想了解大自然是如何运作的，你必须从矿物和谷物的角度来理解它，”Jagoutz说。“这也是我们为这场气候灾难找到解决方案的前进道路。如果你研究这些自然过程，你很有可能会发现一些真正有用的东西。”
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