从碳源到碳汇：大陆弧演化过程中岩浆与剥蚀作用对长期碳循环的影响*

姜禾禾

多伦多大学地球科学系，多伦多 ON M5S 3B1

在地质历史时期，地球曾经历多次冰室和温室气候转变。学术界广泛认为，显生宙以来这种长期的气候变化受海洋-大气系统中温室气体浓度的控制。二氧化碳作为重要的温室气体，其在海洋-大气系统中的浓度(或分压，PCO2)是长期气候变化的主要控制因素之一。长期碳循环涉及百万年时间尺度上固体地球(或内生系统，endogenic system)和地球海洋-大气系统环境(或外生系统，exogenic system)之间的碳迁移(Berner，1991)。在这个时间尺度上，海洋-大气系统中PCO2变化取决于由岩浆、变质脱气作用带来的碳排放，以及由于硅酸盐风化和有机碳埋藏驱动的碳酸盐岩沉积带来的碳消耗之间的消长(Berner，1991；Kumpetal.，2000)。由于外生系统的碳库相对于内生系统较小，一般认为在十万年的时间尺度上，海洋-大气系统中PCO2和气候的稳定性主要通过硅酸盐风化和气候之间的负反馈作用维系(Walkeretal.，1981)。在百万年的时间尺度上，全球海洋-大气系统中的CO2输入和输出通量通常被认为已达到均衡态(steady state)(Berner，1991)，因此长期PCO2的变化主要受地质脱碳排放速率，以及硅酸盐风化-气候反馈的强度来控制(Walkeretal.，1981；Brady，1991；Cavesetal.，2016；Leeetal.，2019)。

在长期碳循环中，外生系统中的碳输入主要来源于大陆裂谷、大洋中脊、俯冲带火山弧和大型火成岩省的脱气作用(Berner，1991；Leeetal.，2019；Wongetal.，2019)。对现代全球火山碳通量的监测显示，岩浆喷发以及火山周边区域的扩散脱气(diffuse emission)至少带来了60～140Tg C/yr(Tg C/yr，百万吨碳/年)的碳输入。其中大陆裂谷为10～90Tg C/yr，火山弧(包括大陆弧和洋内弧)为18～43Tg C/yr，大洋中脊为8～42Tg C/yr，地幔柱为3～9Tg C/yr(图1)(Dasgupta and Hirschmann，2010；Kelemen and Manning，2015；Wongetal.，2019)。数据显示，这些构造活动带的地质过程在建立长期碳循环和气候基线上发挥了关键性的作用。然而，目前对于构造活动带如何调节全球碳输入和碳消耗仍无共识，这一问题也是长期碳循环研究的热点和争论焦点。一方面，由于数据的不完备以及测量上的困难，碳排量的估算存在着极大的不确定性，而且不同构造活动带的脱碳量和相对贡献在地质历史中可能发生显著的变化。另一方面，这些构造活动带的地质过程同时也影响着化学风化-气候反馈强度，而后者又受剥蚀区物质成分和水文条件等更多因素的影响(Westetal.，2002；Maher and Chamberlain，2014)。

图1 全球现代主要构造活动带火山脱气排碳量及其与晚白垩世大陆弧碳排放和碳消耗量的对比

近几年，学者们对于大陆弧在长期气候变化中所起的作用发生了激烈的讨论。一方面，从近400百万年以来的记录看，大陆弧的长度、大气PCO2以及主要的温室-冰室气候转换存在着近似的协同变化(图2)，因此部分研究人员提出大陆弧在长期碳循环中所起的主要作用是通过控制全球火山CO2排量来达成对碳循环的驱动作用(“碳源说”)(Leeetal.，2013；McKenzieetal.，2016；McKenzie and Jiang，2019)。但另一方面，在大陆弧的演化过程中，长期的岩浆活动会引起地壳的增厚和相伴随的其他构造活动，从而导致地表的快速抬升与剥蚀(图3)(Kimbroughetal.，2001；Leeetal.，2013；Jiang and Lee，2017)。Gernonetal.(2021)研究显示，在过去的200百万年间，海水87Sr/86Sr同位素的变化可能主要受大陆弧的物源输入控制(图2)，这说明大陆弧活动会增强大陆硅酸盐风化以及大气中CO2的消耗效率(“碳汇说”)。造成这些争议的直接原因是缺乏对大陆弧演化过程中碳通量的详细厘定。本文将以作者最近的研究(Jiang and Lee, 2017, 2019)为基础，结合其他研究成果，着重讨论大陆弧演化过程中控制碳循环的两个重要过程——岩浆活动和剥蚀作用所带来的CO2排放和消耗的幅度变化和动态联系，以及它们如何最终影响长期碳循环和气候演化。

图2 近 400 百万年间大气 CO2、全球大陆弧长度、海水 Sr 同位素和碎屑锆石年龄变化趋势(据Gernon et al., 2021修改)

图3 大陆弧演化过程中的岩浆作用和剥蚀作用及其所引起的碳排放和碳消耗示意图

1 大陆弧的岩浆爆发(magmatic flare-ups)及碳排放量

大量证据表明，大陆弧岩浆作用在空间或时间上都不是连续的。对北美科迪勒拉弧中生代-早新生代岩浆活动历史的研究表明，大陆弧通常存在以 约50 百万年为周期的岩浆爆发-间歇期旋回(图4)。大规模岩浆喷发之后，由于岩浆前锋迁移(magmatic front migration)或地幔楔熔融条件的改变，大陆弧进入岩浆不活跃期(Ducea，2001；Haschkeetal.，2002；DeCellesetal.，2009；Paterson and Ducea，2015；Zhangetal.，2021)。之后，由于俯冲作用持续进行，板片俯冲角度的变化可以在近海沟位置产生新的弧岩浆活动，或者由于下地壳-岩石圈地幔拆沉作用，地幔楔熔融增强，亦可开启新一轮的岩浆大爆发(Ducea and Barton，2007；DeCellesetal.，2009)。根据前人对北美科迪勒拉陆弧裸露岩体的面积统计和地质年代学的研究，假设地壳厚度为 30km，在岩浆爆发期间，岩浆添加速率(magmatic addition rate, 即单位面积的大陆弧，每百万年增加的岩浆体积量)可达0.5～1.5km3/km2/Myr(图4)(DeCellesetal.，2009；Paterson and Ducea，2015；Jiang and Lee，2017；Ratschbacheretal.，2019)。巨量的岩浆在侵入地壳的过程中传递大量的热量，进而影响整个大陆弧造山带的构造演化和碳收支。长时间、旋回式岩浆爆发是大陆弧区别于岛弧、洋中脊和大陆裂谷等其他构造活动带的显著特征之一。大陆弧岩浆爆发带来的岩浆/变质脱碳量的变化，可能是几十百万年到一百百万年尺度上全球碳排量变化的主要控制因素。在地质历史上，大陆弧的全球总长度也随时间显著变化(图2b；Leeetal.，2013；Caoetal.，2017)。例如，在过去200Ma到 55Ma 之间，由于环太平洋和特提斯俯冲带的发育，大陆弧的总长度是现今的两倍。相比之下，岛弧、大洋中脊和大陆裂谷在该时间段内的变化较小(van der Meeretal.，2014)。

图4 中生代-早新生代北美科迪勒拉弧的岩浆爆发历史

大陆弧岩浆中的CO2有三个主要来源：俯冲的沉积物和碳酸盐化大洋岩石圈中的碳、地幔楔中的背景碳以及大陆地壳中的贮藏的碳(Sano and Williams，1996；Marty and Tolstikhin，1998；Lee and Lackey，2015)。大陆弧的 CO2通量取决于地幔楔、俯冲大洋板片和大陆地壳中的脱碳效率，主要影响因素包括以下几个方面：1)板片俯冲速率。板片俯冲速率会直接影响地幔楔熔融和岩浆上涌的速率，进而影响来自地幔的碳贡献；2)俯冲板片的年龄或热状态。其可能会影响俯冲板片和地幔楔的脱水反应速率以及岩浆中CO2的 活度(Ague and Nicolescu，2014)；3)俯冲的沉积物和大洋岩石圈的碳含量(Sano and Williams，1996)以及大陆弧岩浆通过的地壳中的碳酸盐岩含量(Johnstonetal.，2011；Trolletal.，2012；Leeetal.，2013)。

大陆弧的CO2产出通量(JC,arc, mol/km2/yr)可根据岩浆的添加速率和岩浆中的CO2含量进行估算(Marty and Tolstikhin，1998)：

(1)

目前大陆弧火山气体的 CO2/3He主要在0.7×109～90×109之间，平均值为(23±15)×109(Sano and Williams，1996；Masonetal.，2017)。计算可得出原始未脱气大陆弧岩浆中的CO2含量大约是0.2%，这与实验岩石学和数值模型得出的结果基本相符(Lowenstern，2001)。大陆弧火山气体 CO2/3He 的平均值和偏差远大于洋中脊((2.2±0.7)×109)和岛弧((17±10)×109)，这主要是由于大陆弧岩浆侵入的大陆地壳中碳酸盐岩含量变化造成的。硅酸盐岩浆侵入富碳酸盐岩的大陆地壳，由于矽卡岩化反应可产生更多的 CO2(Iacono-Marzianoetal.，2009；Carter and Dasgupta，2016，2018)。

根据平均大陆弧岩浆添加速率和火山气体的CO2/3He 值，以及大陆弧的总长度(Caoetal., 2017)中，可推算出，晚白垩-早始新世温室时期全球大陆弧的平均CO2产量为50±33Tg C/yr(图1)，超过现今全球俯冲带(大陆弧+岛弧)CO2产量的总和。由于古老系统中的岩浆添加速率和火山气体中的 CO2/3He 比值具有很大的不确定性，尤其是火山气体中的 CO2/3He比值可能会随俯冲沉积物、大洋岩石圈、地壳中的碳含量变化(Johnstonetal.，2011；Leeetal.，2013)，这里估算的 CO2产量可能仅为下限。另外，白垩纪-早始新世时期大陆弧岩浆通过碳酸盐台地的概率也可能更大(Leeetal.，2013)。假设白垩纪-古近纪时期与富含碳酸盐岩的陆壳相交的大陆弧长度增加～25%，原始未脱气弧岩浆中的CO2浓度为0.3%～0.5%，大陆弧的CO2产量可达到现今大陆弧产量的3.1～4.6倍(Leeetal.，2013)。此外，岩浆活动区的接触变质作用以及火山气体扩散排放也可带来可观的碳排量，至少可达大陆弧CO2总排放量的 10%(Beckeretal.，2008；Kelemen and Manning，2015；Chuetal.，2019；Werneretal.，2019；Wongetal.，2019；Ramosetal.，2020)。这些碳排放量在晚白垩世-早始新世时期也会同比增加。

2 大陆弧的岩浆造山作用和岩浆-剥蚀作用的耦合性

全球大陆弧通过旋回式的岩浆爆发向大气中输入大量CO2，驱动长期温室效应。然而，在研究大陆弧对长期碳循环的整体贡献时，还必须考虑由剥蚀作用驱动的化学风化-气候负反馈的影响。

对古老大陆弧的研究显示，大陆弧邻近沉积盆地中碎屑锆石的年龄累积曲线和大陆弧岩基中的岩浆锆石记录相似(图5b)，这表明大陆弧的岩浆作用与弧本身的剥蚀作用存在耦合联系(Kimbroughetal.，2001；Leeetal.，2015；Paterson and Ducea，2015；Jiang and Lee，2017)。Jiang and Lee(2017)对美国加利福尼亚州南部的半岛岩基(Peninsular Ranges Batholith)及弧前盆地的研究详细阐述了岩浆-剥蚀作用之间的耦合关系(图5)。半岛岩基为北美科迪勒拉弧的一部分，形成于侏罗-白垩纪时期Farallon大洋板块向北美陆壳的俯冲过程。半岛岩基以长英质岩体为主，主要的岩浆爆发期在125～75Ma之间，峰期为100～90Ma(图5c)。晚白垩世-早始新世时期该地区经历了快速剥蚀，在弧前盆地中沉积了大量来自于半岛岩基侵入岩的碎屑物质(Schoellhameretal.，1981；Girty，1987；Sharmanetal.，2015；Jiang and Lee，2017)。由于弧前盆地沉积物为侵入岩岩基的主要剥蚀产物，半岛岩基的剥蚀速率可利用弧前盆地地层的沉积时间、碎屑锆石年龄和碎屑角闪石铝压力计推算得出。Jiang and Lee(2017)的研究表明，晚白垩世期间，剥蚀速率与岩浆添加速率处于同一数量级，约为0.1～2km3/km2/Myr(或km/Myr)(图6)。

图5 美国加利福尼亚州半岛岩基及其相关弧前盆地沉积物地质背景(据Jiang and Lee, 2017, 2019修改)

图6 半岛岩基晚白垩世-早始新世岩浆添加速率、剥蚀速率、地壳厚度和海拔高度演化历史

弧岩浆作用导致的地表抬升可能是大陆弧快速剥蚀的直接原因。目前地球上一些高海拔的山区来自于残留的古代大陆岩浆弧(如北美的阿帕拉契亚山脉，科迪勒拉山脉等)。此外，根据对现代大陆弧的火山观测，火山地区在岩浆输入的同时经常发生强烈的地表隆升，反映岩浆添加导致的地壳增厚(Fialko and Paearse，2012；Wardetal., 2014)。假设大陆弧地壳厚度主要受岩浆添加和剥蚀减薄控制，在半岛岩基的案例中，根据其在晚白垩世-早始新世期间的岩浆添加速率与剥蚀速率，结合质量守恒和地壳均衡数值模型，可推断岩浆爆发高峰期后10Myr内，地壳整体增厚超过 30km，海拔增加可达 5km(图6；Jiang and Lee，2017)。这种强烈的地壳增厚和地表隆升驱动了整个大陆弧地区的快速剥蚀作用，岩浆作用峰期后3～6Myr即达到剥蚀作用的峰期，剥蚀速率高达1～2km/Myr。在岩浆爆发期之后，由于大陆弧仍处于较高海拔状态，剥蚀速率得以在岩浆间歇期内维持在0.1～1km/Myr，直至将由岩浆造山作用形成的“过剩高度”完全去除(图6)。

3 大陆弧的硅酸盐风化和CO2消耗

大陆弧演化过程中快速且长期的剥蚀作用可提供大量的新鲜硅酸盐碎屑，这些物质在剥蚀、搬运、和沉积过程中可进行化学风化反应并消耗CO2。在地质时间尺度上，大气中 CO2的消耗主要受钙-镁硅酸盐岩的化学风化和沉积反应控制(Berner，1992；Gaillardetetal.，1999)：

(2)

(3)

上述反应式中的Ca可替换为Mg。钙-镁硅酸盐经历化学风化时，每释放1mol的Ca或Mg离子，将从大气中消耗2 mol的CO2。随后，Ca、Mg离子在海洋中沉积为碳酸盐岩，这一过程将会有1mol的CO2被释放回海洋-大气系统(Holland，1984；Brady，1991；Gaillardetetal.，1999)。虽然钠-钾硅酸盐也参与化学风化，但它们主要参与的是海水中的逆风化反应(reverse weathering)。逆风化反应通过生成自生粘土来封存溶解的Na、K离子和 SiO2，并将 HCO3-转化为CO2返回大气。该反应在前寒武纪对硅酸盐风化的元素通量贡献较大，但在显生宙海洋环境中的化学反应过程极为缓慢。因此与钙-镁硅酸盐矿物相比，钠-钾硅酸盐化学风化对大气 CO2的影响要小得多(Berneretal.，1983；Gaillardetetal.，1999；Isson and Planavsky，2018)。碳酸盐岩风化也消耗 CO2，但Ca离子进入海洋中生成碳酸盐沉积物的过程会释放出等量的 CO2，故而不影响大气CO2浓度(Berneretal.，1983；Brady，1991)。因此，对于长期碳循环的净化学风化反应，每从陆地岩石中释放 1 mol的 Ca2+或 Mg2+，将从大气中消耗1mol的CO2。

在现代系统中，化学风化通量通常可利用河流溶解载荷来估算(Gaillardetetal.，1999；Westetal.，2005)，但这种方法不适用于古代系统。对于古代大陆弧系统，由于邻近盆地中的沉积物主要来自岩浆弧，弧岩浆岩与盆地中沉积物之间的化学成分差异可以近似代表大陆弧物质经历风化、剥蚀、搬运和沉积过程的整体化学风化总和。这期间的化学风化通量，即单位时间，单位面积内陆表硅酸盐岩化学剥蚀量，可由剥蚀速率和Ca、Mg的损耗/流失比例计算得出，该化学风化通量可最终根据化学式(2)和(3)换算为大陆弧在剥蚀阶段的 CO2消耗通量(Riebeetal.，2004；Jiang and Lee，2019)。以晚白垩世-早始新世的半岛岩基为例，弧前盆地沉积物相较于侵入岩母岩的全岩地球化学组成，Ca损耗了50%～90%(图7a)，表明这段时期的大陆弧剥蚀伴随着较高化学风化强度(Jiang and Lee，2019)。结合剥蚀速率，半岛岩基自晚白垩世至始新世早期的Ca 风化通量，或CO2消耗率为(0.5～2.2)×106mol/km2/yr(图7b、图8a)。由于总剥蚀速率对化学风化通量起着主要的控制作用，同时由于上文所述的大陆弧岩浆-剥蚀作用的耦合性，大陆弧化学风化(或 CO2消耗)的峰期发生在岩浆活动高峰后的10Myr内(图8a)。假设半岛岩基中的平均 CO2消耗通量可以代表晚白垩世大陆弧，则全球总硅酸盐风化量(或CO2消耗量)大约为 56±35Tg C/yr，这个数值大致等于同时代大陆弧的CO2释放量(图1)。

图7 晚白垩-早始新世半岛岩基在风化剥蚀过程中Ca、Mg离子的流失比例和硅酸盐风化通量(或 CO2 消耗通量)以及与上新世-现代北美科迪勒拉弧以及现代全球大陆风化相关数据的对比

图8 半岛岩基中CO2 生产和消耗通量(a)以及净 CO2 通量(b)随时间的变化(据Jiang and Lee，2019修改)

值得注意的是，同时代不同大陆弧的岩浆生产速率和风化剥蚀速率可能由于俯冲动力学、俯冲带岩性和所处气候带的不同而存在差异性，基于半岛岩基的大陆弧CO2消耗通量估算可能仅为下限。该研究中估算的硅酸盐风化通量仅代表晚白垩世至早始新世期间半岛岩基中的花岗岩风化相关通量。目前出露的科迪勒拉大陆弧，以及侏罗纪-早白垩世期间的相关沉积物的成分分析表明，大陆弧岩浆在演化早期以中基性、富镁铁质成分为主(Leeetal.，2007；Kimbroughetal.，2014；Mortonetal.，2014)。而且早期的大陆弧岩石，连同上覆的火山地层，可能在岩浆峰期之前就已经被移除了。在给定的剥蚀速率和气候条件下，玄武岩和火山岩的硅酸盐化学风化通量要比花岗岩高出一个数量级(Louvat and Allègre，1997；Gaillardetetal.，1999；Leeetal.，2018)。因此，尽管大陆弧在岩浆爆发之前的剥蚀速率较低，但实际的硅酸盐化学风化通量和CO2消耗可能不低于此处的估算。

4 大陆弧：碳源还是碳汇？

4.1 单个大陆弧生命周期中的碳收支“平衡”

针对单个大陆弧(如半岛岩基)的研究表明，由于岩浆和剥蚀过程的相互作用，大陆弧的净碳收支在整个大陆弧演化的过程中随时间变化。在岩浆爆发阶段，岩浆脱气作用占主导，大陆弧为净碳源区。但同时，岩浆爆发期间，大量的岩浆侵入导致地壳增厚和地表隆升。岩浆活动结束后，残余的地貌致使剥蚀作用和化学风化作用得以长期进行，在这一阶段大陆弧转变为净碳汇区。因此，大陆弧作为净碳源还是碳汇取决于大陆弧所处的演化阶段，但从大陆弧的整个生命周期看，岩浆作用释放的CO2量与由硅酸盐化学风化消耗的 CO2量大致平衡。尽管计算得出的CO2产出和消耗通量误差较大，但对于同一个岩浆爆发周期(约50Myr)，大陆弧CO2生产和消耗通量处于同一数量级，均为 106mol/km2/yr(图8b)。

4.2 大陆弧演化对全球硅酸盐风化-气候反馈强度的影响

虽然Jiang and Lee(2017, 2019)对于半岛岩基的案例研究仅展示了区域尺度上大陆弧长期碳收支的演变，但该研究中阐明的大陆弧中岩浆作用与剥蚀过程之间的耦合关系在一定程度上揭示了大陆弧演化对全球硅酸盐风化-气候反馈强度的影响。

图7总结了北美科迪勒拉大陆弧自晚白垩世以来Ca、Mg离子化学风化损耗率和化学风化通量(或CO2消耗量)的演变趋势。现代科迪勒拉弧的平均硅酸盐风化通量大约为(0.01～3)×105mol/km2/yr，现代全球平均Ca+Mg风化通量约为0.6×105mol/km2/yr(Gaillardetetal.，1999；Riebeetal.，2004；Westetal.，2005)，均低于晚白垩-早始新世科迪勒拉弧的相关数值(106mol/km2/yr)。同时，晚白垩世弧前盆地沉积物所显示的化学风化损耗比率远高于现代科迪勒拉弧或全球平均值。这可能是由于晚白垩世较高的PCO2和温度条件导致了较高的硅酸盐化学风化反应强度(或效率)。这反映了大陆弧岩浆造山带演化过程中化学风化和气候之间的相互作用。

与相对平坦的大陆内部相比，地势较高的造山带由于快速剥蚀持续的带来新鲜的碎屑物质，同时考虑山体地形效应对水文条件的影响，后者的化学风化对气候变化更为敏感(Westetal.，2005；Hilleyetal.，2010；Maher and Chamberlain，2014；Cavesetal.，2016)。大陆弧岩浆爆发所释放的CO2带来了温室效应，有助于进一步增强陆表化学风化反应动力(或化学风化强度；Walkeretal.，1981；Kumpetal.，2000)，由此提升全球风化-气候反馈强度和CO2消耗效率。在大陆弧演化末期，岩浆活动减弱、排入大气的CO2减少、地表隆升效应也衰退，剥蚀速率与化学风化反应效率也随之降低，最终全球气候反馈强度将恢复到原始水平。因此，尽管造山带，尤其是大陆弧造山带占全球陆地面积比例较小(当前为 10%；Tanner，1962))，但其分布与长度变化可能对全球化学风化-气候反馈强度带来长远的影响。

由大陆弧演化驱动的CO2排放以及化学风化-气候反馈强度的变化对全球气候可起到一定程度的“缓冲”作用，防止极端气候的产生。图9为假设其他构造活动带CO2产出恒定，改变大陆弧长度可带来的全球CO2产量(或消耗)和大气-海洋PCO2变化的半定量化示意图。大陆弧长度增加，或较强烈的全球大陆弧活动可提高全球CO2产出和大气-海洋中的CO2浓度，同时提高化学风化-气候反馈强度。虽然大陆弧向海洋-大气系统贡献了大量的 CO2，但由于大陆弧造山带的发展同时增强了剥蚀量和陆表化学风化强度，与没有反馈强度变化的系统相比，最终PCO2可以稳定在相对合理的水平，而非被推向极端温室气候(点1到 2对比1到3；图9)。同理，当大陆弧岩浆CO2产量减少时，风化-气候反馈强度也随之降低，CO2消耗逐渐减缓，阻止系统进入极端冰室气候(点 2到1 对比2到4；图9)。

图9 大陆弧演化对全球碳循环的影响的半定量化示意图(据Jiang and Lee, 2019修改)

5 结语

本文总结了大陆弧演化过程中岩浆作用和剥蚀作用之间的相互关系以及相关的碳通量，并简要阐述了大陆弧演化对全球长期碳循环的影响。大陆弧因其长时间、旋回式岩浆爆发特征，相较于其他构造活动带(如岛弧、洋中脊、大陆裂谷等)，在50～100Myr时间尺度上对全球碳通量的变化起到了重要的贡献。区域尺度来看，大陆弧的平均碳排放和消耗通量在大陆弧的整个生命周期中基本一致，其在碳循环中所起的贡献(净碳源或净碳汇)取决于其演化的不同阶段。全球尺度来看，大陆弧岩浆爆发期在增加了全球CO2产量的同时，也导致了强烈的造山作用和快速剥蚀，增强了CO2消耗。增强的CO2产量带来的较高PCO2条件又提高了陆表化学风化强度，以此影响全球风化-气候反馈强度。因此大陆弧扮演着一个可自我调节的“地质空调”的角色，在驱动全球气候变化的同时维系地球环境的宜居性。由于构造重构导致的地质历史中大陆弧长度的变化可能在调节长期PCO2中起到了重要作用。例如，当大陆弧较长时，CO2排量较高，但由于同时增强了风化-气候反馈强度，PCO2和气候可以被维系在合理的水平，而非极端气候。

在大陆弧与长期碳循环的研究中，还有许多问题亟待解决，比如如何有效厘定大陆弧演化过程中各种地质过程相关的碳通量，大陆地壳和俯冲洋壳的成分以及热状态如何影响岩浆/变质脱碳效率，大陆弧/造山带在气候带上的差异分布将如何影响剥蚀和化学风化，如何具体量化化学风化-气候反馈强度，大陆弧与其他构造活动带过程(大洋中脊、岛弧、大陆裂谷、地幔柱等)在长期碳循环中一些重要地质历史节点上的差异贡献，等等。

致谢感谢美国莱斯大学的Cin-Ty Lee和Rajdeep Dasgupta教授对半岛岩基研究的指导；感谢两位审稿人提出的宝贵修改意见。