『Abstract
Most treatments of the Phanerozoic evolution of the carbon dioxide
content of the atmosphere (PCO2)
assume a steady state closed system. Release of CO2
by mantle degassing and by biogenic precipitation of carbonates
and their metamorphism in subduction zones balances the consumption
by continental aluminosilicate weathering. Small perturbations
in this balance bring about changes in PCO2, but given the small size of the atmospheric
CO2 reservoir relative to the rate of fixation
by weathering, mechanisms that maintain this apparently precarious
balance dominate current thinking. At present, the Atlantic and
Indian oceans are major depocenters of CaCO3,
but subduction of ocean floor and the deposits on it is minimal
in these basins. The locus of metamorphic regeneration of CO2 is restricted to the trenches off Central America.
This is due to global asymmetries in the age of crust being subducted,
in the distribution of oceanic carbonate productivity, and in
the carbonate compensation depth, coupled with the poor preservation
of old carbonate sediments. There is no causal relationship between
the metamorphic release and weathering uptake of CO2
and subsequent deposition of carbonate on timescales shorter than
a complete cycle of opening and closure of a basin. We hypothesize
that the low present-day PCO2
is maintained by a time lag between: (1) mantle outgassing and
metamorphic regeneration related to orogenic events in the geologic
past, and (2) consumption driven by recent mountain building in
the Tethyan zone and in the Western Americas. If this is true,
then at the present ‘kinetic minimum’ both the terrestrial biosphere
and the weathering rates are CO2 limited.
Atmospheric PCO2 levels
are controlled by weathering reactions only at this limit. In
epochs of tectonic stability, outgassed CO2
can accumulate in the atmosphere to very high concentrations with
no obvious limit. Thus, as in the past, the current ice age will
persist for tens of millions of years, possibly until the closure
of the Atlantic recycles the first deep carbonate depocenter since
the destruction of the Tethys. A greater understanding of all
these processes is required for the geochemical evolution of the
Earth surface environment to be simulated.
Keywords: carbonate compensation depth; subduction metamorphism;
climate; kinetic minimum』
『大気の二酸化炭素含有量(PCO2)の顕生代における進化を取り扱う場合のほとんどは、定常状態の閉鎖系を仮定している。マントルからの脱ガスならびに、炭酸塩の生物による沈殿と沈み込み帯でのそれらの変成作用によるCO2 の放出は、大陸のアルミノ珪酸塩の風化作用による消費とバランスを保っている。風化により固定される速度に比べて大気CO2のリザーバーが小さいことを考えると、小さな動揺があるとPCO2に変化をもたらすが、この明らかに不安定なバランスを維持するメカニズムが現在の考え方を支配している。現在、大西洋とインド洋はCaCO3の主な堆積心であるが、海洋底の沈み込みとそこへの堆積はこれらの海盆で最小である。変成作用によりCO2 が再生される場所は、中央アメリカ沖合いの海溝に限られている。これは沈み込む地殻の年齢、海洋炭酸塩生産力の分布、および炭酸塩補償深度が世界的に不均整であることと、古い炭酸塩堆積物の保存がよくないこととが合わさっているためである。海盆の開口と閉鎖の完全な循環より短い時間尺度では、CO2 の変成作用による放出と風化作用による取り込みならびにそれに続く炭酸塩の沈殿間に、因果関係を示す相関はない。我々は、今日の低いPCO2 は、以下のようなことの時間遅れによって維持されていると仮定する:(1)地質学的な過去における造山運動に関係するマントルの脱ガスと変成作用による再生、および(2)テチス帯および西アメリカにおける最近の造山作用による消費。もしこれが正しいならば、現在の「カイネティックな最小」の時期では、陸上生物圏と風化速度の両方が CO2 を制限する。大気のPCO2 レベルは、この制限では風化反応のみにコントロールされる。構造運動が安定している時代には、脱ガスによる CO2 は明らかな制限なしに非常に高濃度まで大気に集積しうる。したがって、過去におけるように、おそらく大西洋の閉鎖によってテチスの破壊以来の最初の深部炭酸塩堆積心が再循環されるまで、今の氷河時代は数千万年間持続するだろう。このような過程のすべてをもっとよく理解するには、地球表面環境の地球化学的進化がシミュレートされる必要がある。』
1. Introduction
1.1. CO2 and climate
1.2. Carbon cycle on geologic timescales
2. The regeneration of CO2 consumed in weathering
2.1. Oceanographic controls on carbonate deposition
2.1.1. Sea level
2.1.2. Ocean circulation
2.1.3. Burial preservation
2.2. Subduction metamorphism of carbonate
2.2.1. Before the evolution of calcareous plankton (〜140 Ma)
2.2.2. Intermediate age
2.2.3. Sedimentary sections entering subduction zones
3. Other sources of metamorphic CO2
3.1. Vein calcite
3.2. Orogenic metamorphism
4. CO2 at kinetic minimum
5. Conceptual evolution of the past PCO2: a scenario
6. Conclusion
Acknowledgements
References