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新近纪的冷却是由陆地表面反应性驱动的，而不是风化通量的增加

自然体积571,页面99 - 102 (2019）引用本文

主题

摘要

在新近纪时期，长期的冷却，二氧化碳分压的下降，以及永久的极地冰盖的建立1,2经常被归因于山脉的上升和侵蚀，以及随之而来的硅酸盐风化作用的增加，这消除了大气中的二氧化碳3.,4．然而，侵蚀率的地质记录可能会受到平均偏差的影响5,6以及风化通量增加的幅度——甚至它的存在——仍然存在争议7,8,9．此外，风化作用的增加与拟议的侵蚀作用的增加相对应，将从大气中去除几乎所有的碳10，这导致了代偿性碳通量的建议11,12,13为了保持碳循环的质量平衡。另外，陆地表面反应性的增加——由更大的新鲜矿物表面积或活性矿物供应的增加——而不是风化通量的增加，已经被提出来调和这些不同的观点8,9．在这里，我们使用了一个简约的碳循环模型来跟踪两种天气敏感的同位素示踪剂(稳定的7李/6李与宇宙成因10是/9Be)，以表明陆地表面反应性的增加对于同时减少大气中的二氧化碳，增加海水是必要的7李/6并保持恒定的海水10是/9在过去的1600万年里。我们发现，全球硅酸盐风化通量保持不变，即使全球硅酸盐风化强度(来自硅酸盐风化的总剥蚀通量的比例)下降，侵蚀的增加也维持了这一趋势。因此，新近纪的长期降温反映了剥蚀作用划分为风化和侵蚀的变化。剥蚀作用的可变分配和硅酸盐风化强度的变化使海洋同位素和侵蚀记录与碳循环中维持质量平衡的需要相一致，并且不需要增加硅酸盐风化通量。

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图1:16myr - 0myr前CLiBeSO-W模型风化和碳循环结果。
图2:河流和沉积物δ7Li是硅酸盐风化强度的函数。
图3:16myr前和0myr前风化反馈的功能形式。

数据可用性

CLiBeSO-W模型的结果(包括碳和硫循环通量，δ7李,10是/9为，硅酸盐风化强度，和E)使用收敛模拟中参数的平均值，包括为补充信息．所有收敛CLiBeSO-W模拟的结果存档于ETH Research Collection (https://doi.org/10.3929/ethz-b-000338022)．其他CLiBeSO-W结果和数据格式可根据合理要求从相应作者处获得。

代码的可用性

CLiBeSO-W型号可在补充信息．其他代码(包括用于绘图图形和MCMC方案的脚本)可根据合理要求从相应作者处获得。

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下载参考

确认

我们感谢S. Gallen、K. Lau、K. Maher、D. Stolper、S. Willett和M. Winnick就侵蚀、风化和锂同位素进行的讨论。j.k.c.r由ETH奖学金资助。D.E.I.由海辛-西蒙斯基金会资助。

审核人信息

自然感谢Darryl Granger, Lee Kump和其他匿名审稿人对本工作的同行评审所做的贡献。

作者信息

作者指出

  1. Jeremy K. Caves Rugenstein

    现地址:德国汉堡马克斯·普朗克气象研究所

  2. Jeremy K. Caves Rugenstein

    现地址:德国法兰克福森肯堡生物多样性和气候研究中心

作者及隶属关系

  1. 瑞士联邦理工学院地球科学系Zürich, Zürich

    Jeremy K. Caves Rugenstein

  2. 斯坦福大学地质科学系，美国加州斯坦福

    Daniel E. Ibarra

  3. 德国地球科学研究中心，地球表面地球化学，波茨坦，德国

    弗里德海姆·冯·布兰肯堡

  4. 地质科学研究所，自由Universität柏林，柏林，德国

    弗里德海姆·冯·布兰肯堡

作者
  1. Jeremy K. Caves Rugenstein
    查看作者出版物

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  2. Daniel E. Ibarra
    查看作者出版物

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  3. 弗里德海姆·冯·布兰肯堡
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贡献

所有作者都提出了科学概念。J.K.C.R.开发了模型，进行了分析，并主导了手稿的撰写。所有作者都对手稿提供了意见。

相应的作者

对应到Jeremy K. Caves Rugenstein．

道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有利益竞争。

额外的信息

出版商的注意:施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。

扩展的数据图形和表格

扩展数据图1 CLiBeSO-W模型结果的密度图。

一个，侵蚀的增加(E/E0)，以便同时与δ的海水记录相匹配7李和10是/9Be和大气\ (p {} _ {{{rm \{有限公司}}}_ {2}}\)记录。b，硅酸盐风化通量随之变化(Fsilw的侵蚀变化一个．c，估计风化强度变化(%)。每条曲线下的面积之和为1。

图2氧化还原敏感风化通量。

一个，归一化全球有机风化通量(黑色)和埋藏通量(绿色)。蓝色阴影为有机风化通量的MCMC收敛密度。b，归一化全球硫化物风化通量(黑色)和埋藏通量(绿色)。蓝色阴影为硫化物风化通量的MCMC密度。c，海水S浓度。

图3晚新生代黄铁矿风化不变性时CLiBeSO-W模型结果。

与图比较。1．黑线表示使用MCMC优化参数的平均值时的模型输出，阴影表示所有收敛MCMC迭代的密度。一个、大气\ (p {} _ {{{rm \{有限公司}}}_ {2}}\)用烯烃酮(黄色)和δ11B(红色)代理和冰核(蓝色)数据(参见方法)．b，模拟海水δ7李。灰色的点是浮游有孔虫δ7李(ref。28)．c，船舶模型10是/9归一化到0 Myr前的值。灰色和蓝色的点是重建海洋10是/9来自裁判。7标准化到现代10是/9为各大洋盆地的价值。d归一化硅酸盐(红色)和碳酸盐(蓝色)风化通量和碳酸盐埋藏通量(虚线蓝色)。灰色虚线是估计的最小和最大变化Fcarbb从沉积卷30.．e，硅酸盐风化强度。f，全球平均侵蚀速率(左轴)。红色实线和上下虚线分别显示了平均、最小和最大的山脉侵蚀率估计值16(右轴)。米色线是全球侵蚀率的估计值150 Myr前的米色条表示预估的前人类侵蚀速率的全部范围15,18(左轴)。在一个- - - - - -c，误差条是数据公布的不确定度(最小/最大)一个, 1σ在b,c)．

图4嵌入式锂循环模型结果。

一个、全球δ河7李。b，海水δ变化7李(d / dtδ7李)。c，归一化漓江流量。d，海水Li浓度。在所有面板中，阴影表示收敛MCMC迭代的相对密度，较深的颜色表示更多的迭代。实线是使用优化参数的平均值得到的结果。

扩展数据图5 CLiBeSO-W结果，假设只有火山和固体地球脱气通量变化，侵蚀保持不变。

在这里,Fvolc允许变化以优化与数据的拟合，导致在Fvolc(全量程:下降35-41%)。与图比较。1．模型输出由使用MCMC优化参数的平均值的黑线显示，阴影表示所有收敛的MCMC迭代的密度。一个、大气\ (p {} _ {{{rm \{有限公司}}}_ {2}}\)用烯烃酮(黄色)和δ11B(红色)代理和冰核(蓝色)数据(参见方法)．b，模拟海水δ7李。灰色的点是浮游有孔虫δ7李(ref。28)．c，船舶模型10是/9归一化到0 Myr前的值。灰色和蓝色的点是重建海洋10是/9来自裁判。7标准化到现代10是/9为各大洋盆地的价值。d、归一化硅酸盐(红色)和碳酸盐(蓝色)风化助熔剂、碳酸盐埋藏助熔剂(虚线蓝色)和火山/固体土脱气助熔剂(黑色带蓝色阴影)。灰色虚线是估计的最小和最大变化Fcarbb从沉积卷30.．e，硅酸盐风化强度。f，全球平均侵蚀速率(左轴)。红色实线和上下虚线分别显示了平均、最小和最大的山脉侵蚀率估计值16(右轴)。米色线是对全球侵蚀率的估计150 Myr前的米色条表示预估的前人类侵蚀速率的全部范围15,18(左轴)。在一个- - - - - -c时，误差条表示数据的不确定度(最小/最大)一个, 1σ在b,c)．

扩展数据图6侵蚀减弱，16myr前初始硅酸盐风化强度小于0.05时，CLiBeSO-W模型结果。

在这里，侵蚀减少60%，初始硅酸盐风化强度设置为0.024。一个、大气\ (p {} _ {{{rm \{有限公司}}}_ {2}}\)用烯烃酮(黄色)和δ11B(红色)代理和冰核(蓝色)数据(参见方法)．b，模拟海水δ7李。灰色的点是浮游有孔虫δ7李(ref。28)．c，船舶模型10是/9归一化到0 Myr前的值。灰色和蓝色的点是重建海洋10是/9来自裁判。7标准化到现代10是/9为各大洋盆地的价值。d归一化硅酸盐(红色)和碳酸盐(蓝色)风化通量和碳酸盐埋藏通量(虚线蓝色)。灰色虚线是估计的最小和最大变化Fcarbb从沉积卷30.．e，硅酸盐风化强度。f，全球平均侵蚀速率(左轴)。红色实线和上下虚线显示了平均、最小和最大山脉侵蚀率估计值16，分别(右轴)。米色线是全球侵蚀率的估计值150 Myr前的米色条表示预估的前人类侵蚀速率的全部范围15,18(左轴)。在一个- - - - - -c时，误差条表示数据的不确定度(最小/最大)一个, 1σ在b,c)．

扩展数据图7海洋时CLiBeSO-W模型结果10是/9Be数据被排除在MCMC反演之外。

一个、大气\ (p {} _ {{{rm \{有限公司}}}_ {2}}\)用烯烃酮(黄色)和δ11B(红色)代理和冰核(蓝色)数据(参见方法)．b，模拟海水δ7李。灰色的点是浮游有孔虫δ7李(ref。28)．c，船舶模型10是/9归一化到0 Myr前的值。灰色和蓝色的点是重建海洋10是/9来自裁判。7标准化到现代10是/9为各大洋盆地的价值。d归一化硅酸盐(红色)和碳酸盐(蓝色)风化通量和碳酸盐埋藏通量(虚线蓝色)。灰色虚线是估计的最小和最大变化Fcarbb从沉积卷30.．e，硅酸盐风化强度。f，全球平均侵蚀速率(左轴)。红色实线和上下虚线显示了平均、最小和最大山脉侵蚀率估计值16，分别(右轴)。米色线是全球侵蚀率的估计值150 Myr前的米色条表示预估的前人类侵蚀速率的全部范围15,18(左轴)。在一个- - - - - -c时，误差条表示数据的不确定度(最小/最大)一个, 1σ在b,c)．模型输出由黑线显示，使用MCMC优化参数的平均值，阴影表示所有收敛的MCMC迭代的密度。

扩展数据表1 CLiBeSO-W模型参数及MCMC运行扰动初始参数取值范围
全尺寸表

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补充表1

补充数据表1和指南。

补充数据

CLiBeSO-W。R文件和必要的数据文件。

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Rugenstein, j.k.， Ibarra, D.E.和von Blanckenburg, F.新近纪的冷却是由陆地表面反应性而不是风化通量增加驱动的。自然571， 99-102(2019)。https://doi.org/10.1038/s41586-019-1332-y

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