化石燃料的開採排放了二氧化碳，這是全球變暖的主要原因。 Zbynek Burival / Unsplash, CC BY
氣候變化可能是當今最緊迫的問題，無論是在政治上還是在地球上的生活方面。 人們越來越意識到全球氣候是公共行動的問題。
對於11,500年，大氣二氧化碳（CO2）濃度在280 ppm（工業化前“正常”）附近徘徊，平均表面溫度約為15°C。 自工業革命以來，這一水平不斷提高，在410達到2018 ppm。 地球科學專注於數十億年的時間尺度，具有獨特的能力，可以非常清楚工業社會如何突然改變並正在改變地球的氣候。
氣候，溫室氣體和CO2
地球氣候的主要動力是太陽。 我們的恆星的平均表面功率為342 W / m2 每年（大約每平方米行星的吹風機）。 地球吸收大約70％，並反映其餘部分。 如果這是唯一的氣候機制，平均溫度將為-15°C（低於水的冰點，0°C）。 生活可能是不可能的。 幸運的是，一些吸收的能量被重新發射為紅外輻射，與可見光不同，紅外輻射與大氣中存在的溫室氣體（GHG）相互作用，將熱量輻射回地球表面。 這種溫室效應目前使我們的平均溫度保持在15°C左右。
主要的溫室氣體是水蒸氣和備受爭議的二氧化碳2。 二氧化碳佔總溫室效應的30％，水蒸氣提供約70％。 CO2但是，具有整體變暖的能力，水蒸氣不會。 大氣中的水蒸氣具有非常短的停留時間（從數小時到數天），並且只有在溫度升高時其濃度才會增加。 CO2 100年份在大氣中徘徊，其濃度不僅受溫度控制。 CO2 因此能夠 觸發 變暖：如果CO2 濃度增加，平均溫度，無論自身趨勢如何，都會增加。
碳匯
因此，了解大氣CO是多麼重要2 受到監管。 在地質時間尺度（100,000 +年）上，火山氣體是CO的主要來源2，平均每年0.4億噸CO2 每年（0.4 GtCO2/ Y）。 但是CO2 不僅僅是無休止地積聚在大氣中。 由於其他環境過程，它可以進出，並存儲在稱為碳彙的儲存器中。
例如，海洋包含著海洋 50倍 碳比大氣更多。 但是，CO2 溶解在海洋中的物質很容易被釋放到大氣中，而只有地質匯集能夠保持CO2 在地質時間尺度上遠離大氣層。
簡化地質碳循環。 水槽（黑色）顯示有機物的沉降和碳酸鹽的蝕變 - 合成耦合。 他們反對（灰色）來源：超過4億年的火山和150年的熱工業人類活動。 G.巴黎
第一個地質匯是沉積有機質。 活生物體含有由大氣CO構成的有機碳2 通過 光合作用，死亡的生物經常被送到海底，湖泊和沼澤地。 因此，大量的有機碳隨著時間的推移積聚在海洋和大陸沉積物中，其中一些最終轉化為化石燃料（石油，天然氣和煤）。
鈣質岩是第二個地質碳匯。 花崗岩或玄武岩等岩石 風化 通過地表水，將鈣和碳酸氫根離子洗去海洋。 海洋生物利用它們來建造由碳酸鈣製成的硬質部件。 當沉積在海底時，碳酸鈣最終被隔離為石灰石。
根據估計，這兩個匯組合在一起 50,000的100,000倍 碳比現在的氣氛多。
隨著時間的推移，地球的大氣層
CO的量2 在地球的大氣層中變化很大。 數十年的研究使我們能夠在地球完全形成之後繪製歷史的主線 4.4十億年前.
地球 早期的氣氛 CO非常豐富2 （高達10,000倍現代水平），而氧氣（O.2）是稀缺的。 在太古代（3.8到2.5十億年前），生命第一次繁榮，第一大洲建立起來。 風化開始拉動CO2 走出大氣層。 光合作用的發展有助於降低大氣CO2，同時提升O.2 期間的水平 偉大的氧合事件，大約在2.3億年前。 CO2 濃度下降到“僅”20到100倍於前工業水平，永遠不會回到地球最早的濃度。
20億年後，碳循環發生了變化。 向泥盆紀晚期 - 石炭紀晚期（大約100萬年前的350），CO2 濃度在附近 1,000 PPM。 哺乳動物不存在。 能夠合成木質素的維管植物出現在泥盆紀和蔓延期間。 木質素 是一種抗微生物降解的分子，可以使大量有機碳儲量在數百萬年內形成煤炭。 結合海西期的風化（其遺跡可以在法國的中部地區或美國的阿巴拉契亞地區找到），有機碳埋藏大氣CO2 降低到類似於（或低於）今天的水平並生成一個 主要的冰川時代 320和280之間的數百萬年前。
在Java島（2011）上爆發Bromo火山。 在地質時間尺度上，火山在CO₂循環中起作用。 Marc Szeglat / Unsplash
然而，到侏羅紀末期（145百萬年前），鐘擺擺動了。 恐龍統治地球，哺乳動物進化，構造活動增加和Pangea（最後一個超大陸） 撕開。 CO2 增加了 500至2,000 ppm，並保持高水平，保持溫暖的溫室氣候100百萬年。
從55百萬年開始，地球以CO冷卻2 下降特別是隨著喜馬拉雅隆起以及隨後風化和有機碳沉積的增加。 隨著人類出現，進化仍在繼續 7萬年前。 在2.6百萬年，地球進入了一個新的狀態，其特徵是由地球軌道參數引導的冰川和間冰期交替，並由短期碳循環放大。 CO2 當地球進入最新的間冰期階段時，幾年前達到了工業前的11,500水平。
一個新故事：工業革命
直到19世紀，大氣碳和地球氣候的故事才是地質學，生物學和進化論的故事。 在現代人類工業革命之後，這個故事急劇變化智人），誰可能出現 300,000年前，開始大規模開采和燃燒化石燃料。
通過1950，添加CO2 已經通過化石燃料燃燒到大氣中 成熟，通過 碳同位素特徵 CO2 分子（稱為 “蘇斯”效應）。 到了1970晚期，氣候科學家觀察到了這一點 快速漂移到更溫暖的整體溫度。 在1988中創建的IPCC在2012中顯示平均溫度增加了0.9°C 自1901。 與上次冰川消融相比，這種變化似乎不大，當時平均溫度在6年內增加了約7,000°C，但它至少快了10倍。
平均溫度繼續攀升，太陽活動或火山活動等自然參數無法解釋這種快速變暖。 原因是人類明確將人體溫室氣體添加到大氣中，並且 高收入國家 排放最多的CO2 每個居民。
我們的故事將如何結束？
工業社會在25年內燒毀了160％的地球化石燃料，突然倒轉了儲存碳離開大氣的天然通量。 相反，這種新的人為生成的通量 添加 每年XNUMX Gt的二氧化碳，50倍於火山。 自然地質封存不能補償大氣CO2 不斷上升。
後果 迫在眉睫，眾多而且可怕：極端天氣事件，海平面上升，冰川退縮，海洋酸化，生態系統破壞和滅絕。 地球本身在其他災難中倖存下來。 雖然目前的變暖將超過許多物種的適應能力，但生命將繼續存在。 不是這個星球岌岌可危。 相反，它是人類社會的未來和當前生態系統的保護。
雖然地球科學無法提供解決方案來思考我們的行為和化石燃料消耗的必要變化，但它們能夠而且必須有助於知識和集體意識到當前的全球變暖。
關於作者
Guillaume Paris，Géochimiste，chargéderecherche CNRS au Centre derecherchespétrographiquesetgéochimiquesdeNancy， 洛林大學 和Pierre-Henri Blard，Géochronologueetaléoclimatologue，chargéderecherches CNRS - Center derecherchespétrographiquesetgéochimiques（Nancy）et Laboratoire de glaciologie（Bruxelles）， 洛林大學
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