北京大学地球与空间科学学院沈佳恒研究员及其合作团队近日在国际学术期刊《自然·通讯》发表研究成果,首次揭示了2.6亿年前峨眉山大火成岩省喷发期间大气二氧化碳浓度持续下降的独特现象,挑战了传统地球科学关于超级火山必然导致温室气体激增的认知。
所谓大火成岩省,是指在数百万年这一极短地质时段内喷发超过10万立方公里岩浆的巨型火山区域,其环境影响远超现代任何火山活动。
位于我国西南地区的峨眉山大火成岩省是国际学界公认的典型案例。
长期以来,学界普遍认为此类超级火山喷发会向大气释放海量二氧化碳,引发全球气候剧变甚至生物大灭绝事件。
然而,研究团队利用远古叶绿素生物标志化合物植烷单体碳同位素技术,重建了峨眉山大火成岩省形成时期的高分辨率二氧化碳浓度变化曲线。
数据显示,在距今2.63亿至2.59亿年间的玄武岩喷发早期至鼎盛阶段,大气二氧化碳浓度从约700ppm持续降至350ppm,降幅高达50%,直至火山活动末期转为酸性岩浆喷发时才出现回升。
这是科学界首次观测到大火成岩省剧烈喷发期对应大气二氧化碳浓度持续下降的现象。
这一反常现象背后隐藏着复杂的地质演化机制。
研究发现,峨眉山大火成岩省在熔岩大规模喷发前,经历了长达300万年的地壳穹隆过程。
地下巨型地幔柱上涌,将扬子地台区域整体抬升近1000米,形成半径约800公里的巨型穹窿构造,使原本沉没于海底的大量石灰岩暴露于地表。
这些石灰岩在地表经历强烈剥蚀和化学风化作用,大量消耗了大气中的二氧化碳。
与此同时,地球化学分析表明,峨眉山玄武岩属于典型的贫碳岩浆,其二氧化碳平均含量仅为135ppm,远低于典型洋岛玄武岩6500至28000ppm的水平。
这种先天贫碳的岩浆特性,叠加地壳抬升导致的强烈风化作用,使得二氧化碳消耗量远超火山喷发的排放量。
此外,岩浆侵入活动相对有限等多重因素共同作用,最终造就了这段独特的二氧化碳浓度变化记录。
沈佳恒研究员指出,这项研究表明大火成岩省对环境的影响并非遵循单一固定模式,地球深部过程与地表系统之间的相互作用远比此前认知更为复杂。
这一发现或可解释为何历史上某些超级火山导致了生物大灭绝,而另一些则未造成类似灾难性后果。
从科学意义来看,该研究不仅丰富了对古气候演化规律的认识,也为评估现代火山活动的环境影响提供了新的参考框架。
研究团队采用的生物标志化合物碳同位素分析方法,为重建地质历史时期大气成分变化开辟了新途径,具有重要的方法学价值。
从峨眉山大火成岩省喷发期二氧化碳“反常下降”的新证据可以看到，地球系统并非简单的线性因果链条：同样规模的深部岩浆活动，可能因构造背景、岩性条件与地表过程差异而导向不同的气候结局。
把“喷发量”与“风化碳汇”等关键环节放在同一张时间坐标上综合考量，或将成为理解地球历史与把握未来变化的重要路径。