地球的气候在很长一段时间内是相对稳定的。30 亿年来，气温大多温暖，二氧化碳含量高——直到大约 4 亿年前发生转变。一项新研究表明，此时的变化伴随着碳-硅循环的根本改变。美因茨约翰内斯古腾堡大学地球科学家菲利普·波格·冯·斯特兰德曼教授说：“前寒武纪的持续现状转变为我们今天看到的更不稳定的气候，很可能是由于新生命形式的出现和传播。 (JGU)。与耶鲁大学的研究人员一起，特别是 Boriana Kalderon-Asael 和 Noah Planavsky 教授，他借助海洋沉积物中的锂同位素追踪了碳-硅循环的长期演变。这个循环被认为是控制地球气候的关键机制，因为它调节二氧化碳水平，并随之调节温度。研究人员的发现最近发表在自然。
碳硅循环是气候的关键调节器
尽管太阳光度、大气氧浓度和地壳构成发生了巨大变化，碳-硅循环使地球气候在很长一段时间内保持稳定。这种稳定的气候为生命在地球上的长期殖民创造了条件，并允许最初的简单和后来复杂的生命形式发展了数十亿年。碳硅循环通过调节大气中的二氧化碳水平对此做出贡献。硅酸盐岩由于风化和沉积作用转变为碳酸盐岩，而碳酸盐岩由于火山作用等原因又转变回硅酸盐岩。当硅酸盐岩转化为碳酸盐岩时，二氧化碳从大气中被去除，而相反的过程再次释放二氧化碳。
为了追溯长期的碳硅循环并更好地了解控制地球气候的精确关系，研究小组研究了海洋碳酸盐中锂同位素的比例。锂仅存在于硅酸盐岩石及其硅酸盐和碳酸盐风化产物中。研究小组分析了 600 多个作为沉积物沉积在原始海洋浅水中的样本，这些样本来自世界各地的 100 多个不同岩层，包括来自加拿大、非洲和中国。“我们使用这些样本创建了一个涵盖过去 30 亿年的新数据库，”Pogge von Strandmann 指出。
这些数据表明，海洋中锂7与锂6同位素的比例从30亿年前到4亿年前较低，然后突然增加。正是在这个时候，陆地植物开始进化，与此同时，具有由硅构成的骨骼的海洋动物，如海绵和放射虫，遍布整个海洋。Philip Pogge von Strandmann 教授补充说：“两者都发挥了作用，但我们尚不清楚这些过程是如何耦合的。”
“粘土工厂”向土地的迁移影响碳硅循环
研究结果表明，在地球的过去，粘土(一种由非常细小的颗粒组成的次生硅酸盐岩)的形成程度发生了巨大变化——可能是由于陆地上粘土形成的增加和海洋的减少.粘土的形成是碳-硅循环的关键组成部分，它影响锂同位素的比例。在陆地上，它是由硅酸盐岩的广泛风化造成的，但在海洋中，则涉及一系列不同的过程。人们认为大陆粘土形成的增加降低了大气中的二氧化碳含量。相比之下，被称为“逆风化”的海洋粘土形成会释放 CO2，因此其下降同样会降低大气中的二氧化碳水平。
根据《自然》论文的作者，这表明地球上的气候调节模式以及该过程发生的主要位置随着时间的推移发生了巨大变化：“从前寒武纪地球状态到现代状态的转变可能是归功于重大的生物创新——海绵、放射虫、硅藻和陆生植物的辐射。”从那以后，气候调节的这种改变的结果一直很明显，一方面是寒冷的冰川期，另一方面是温暖的冰川期。然而，这种气候不稳定反过来又有助于加速进化。
