『Abstract
Revision of the GEOCARB model (Berner, 1991, 1994) for paleolevels
of atmospheric CO2, has been made with emphasis
on factors affecting CO2 uptake by continental
weathering. This includes: (1) new GCM (general circulation model)
results for the dependence of global mean surface temperature
and runoff on CO2, for both glaciated and
non-glaciated periods, coupled with new results for the temperature
response to changes in solar radiation; (2) demonstration that
values for the weathering-uplift factor fR(t)
based on Sr isotopes as was done in GEOCARB II are in general
agreement with independent values calculated from the abundance
of terrigenous sediments as a measure of global physical erosion
rate over Phanerozoic time; (3) more accurate estimates of the
timing and the quantitative effects on Ca-Mg silicate weathering
of the rise of large vascular plants on the continents during
the Devonian; (4) inclusion of the effects of changes in paleogeography
alone (constant CO2 and solar radiation)
on global mean land surface temperature as it affects the rate
of weathering; (5) consideration of the effects of volcanic weathering,
both in subduction zones and on the seafloor; (6) use of new data
on the δ13C values for Phanerozoic limestones and organic
matter; (7) consideration of the relative weathering enhancement
by gymnosperms versus angiosperms; (8) revision of paleo land
area based on more recent data and use of this data, along with
GCM-based paleo-runoff results, to calculate global water discharge
from the continents over time.
Results show a similar overall pattern to those for GEOCARB II:
very high CO2 values during the early Paleozoic,
a large drop during the Devonian and Carboniferous, high values
during the early Mesozoic, and a gradual decrease from about 170
Ma to low values during the Cenozoic. However, the new results
exhibit considerably higher CO2 values during
the Mesozoic, and their downward trend with time agrees with the
independent estimates of Ekart and others (1999). Sensitivity
analysis shows that results for paleo-CO2
are especially sensitive to: the effects of CO2
fertilization and temperature on the acceleration of plant-mediated
chemical weathering; the quantitative effects of plants on mineral
dissolution rate for constant temperature and CO2;
the relative roles of angiosperms and gymnosperms in accelerating
rock weathering; and the response of paleo-temperature to the
global climate model used. This emphasizes the need for further
study of the role of plants in chemical weathering and the application
of GCMs to study of paleo-CO2 and the long
term carbon cycle.』
『大気CO2の過去のレベルについてのGEOCARBモデル(Berner, 1991,
1994)の改訂版が、大陸風化によるCO2取込みに影響を与える要因に重点をおいて行われた。これには以下の内容が含まれる:(1)氷河期と非氷河期の両方に対して、太陽輻射の変化に応答する温度についての新しい結果と組になった、CO2に対する世界平均地表温度と流出量の依存性についての新しいGCM(一般循環モデル)の結果;(2)GEOCARB
IIで行われたようなSr同位体に基づいた風化−隆起因子fR(t)に対する値が、顕生代にわたる世界的物理浸食速度の尺度として陸源堆積物の存在量から計算された独立した値と一般に一致することの立証;(3)デボン紀における陸上の大型維管束植物の出現のCa-Mg珪酸塩風化に対するタイミングと定量的影響のさらに正確な見積もり;(4)風化速度に影響を与えるような、世界平均陸上表面温度に対する古地形のみの(CO2と太陽輻射は一定)変化の影響の算入;(5)沈み込み帯と海底の両方における火山岩風化の影響の考慮;(6)顕生代の石灰岩と有機物に対するδ13C値に新しいデータを使用;(7)被子植物に対する裸子植物による相対的な風化の促進の考慮;(8)最新データに基づく古陸地面積の改訂および、時間を通じた大陸からの世界的な水流量を計算するための、GCMに基づいた古流出量結果と一緒のこのデータの使用。
結果はGEOCARB II のものと全体として類似のパターンを示す:古生代初期の非常に高いCO2値、デボン紀と石炭紀の合い間での大きい落下、中生代初期の高い値、そして約1.7億年前から新生代における低い値への漸移的な減少。しかし、新しい結果は、中生代においてかなり高いCO2値を示し、時間とともに低下する傾向はEkart他(1999)による独立した見積もりと一致する。感度分析は、古CO2の結果が特に以下のように鋭敏であることを示す:植物が媒介する化学風化の加速に対するCO2肥料化と温度の影響;一定の温度とCO2に対する鉱物溶解への植物の定量的影響;岩石風化を加速する被子植物と裸子植物の相対的な役割;そして使用した世界気候モデルに対する古気温の応答。このことは、化学風化における植物の役割についてさらに研究すること、そして古CO2と長期的な炭素循環の研究にGCMsを適用することの必要性を強調している。』
Introduction
Changes to the modeling
Application of new GCM results to fB(T,
CO2)
The weathering-uplift parameter fR(t)
Plant weathering
Basalt weathering in the subduction zones and on the seafloor
Other changes from GEOCARB II to GEOCARB III
Results and discussion
Phanerozoic timescale
Mesozoic-Cenozoic timescale
Conclusion
Acknowledgments
Appendix 1 Equations used in GEOCARB modeling
Definitions
References