Obniżenie CO2 atmosferycznego podczas wulkanizmu law bazaltowych Emeishan

Kiedy wulkany ochładzają planetę

Większość z nas wyobraża sobie wielkie erupcje wulkaniczne jako katastrofy ogrzewające planetę, które wyrzucają do atmosfery ogromne ilości dwutlenku węgla (CO2) i przyczyniają się do masowych wymierań. To badanie dotyczy jednego takiego pradawnego epizodu w południowo‑zachodnich Chinach i odkrywa zaskakujący paradoks: podczas najsilniejszego wylewu lawy stężenie CO2 w atmosferze gwałtownie spadło. Zrozumienie przyczyn tego zjawiska daje nową perspektywę na to, jak wnętrze Ziemi, powierzchniowe krajobrazy, oceany i klimat współdziałają przez miliony lat.

Ogromna erupcja ze zdumiewającym sygnałem

Około 260 milionów lat temu, w okresie permskim, rozległa prowincja magmowa Emeishan (Large Igneous Province, LIP) wyrzuciła ogromne objętości lawy na przestrzeni kilku milionów lat. Epizod ten zbiegł się z poważnym kryzysem w życiu morskim, szczególnie dotykając budowniczych raf i innych organizmów przybrzeżnych. Standardowy obraz zakłada, że takie erupcje uwalniają wielkie ilości CO2, ocieplając planetę i obciążając ekosystemy. Jednak brakowało bezpośrednich dowodów na to, jak zmieniało się stężenie CO2 podczas wulkanizmu Emeishan, co pozostawiając wątpliwości co do rzeczywistego wpływu na klimat.

Odczytywanie starożytnego CO2 z molekularnych skamieniałości

Aby odtworzyć dawne poziomy CO2, autorzy pobrali próbki skał morskich w profilu Shangsi w Chinach Południowych, obejmujących okres przed, w trakcie i po erupcjach Emeishan. Zamiast polegać wyłącznie na chemii skał w masie, skupili się na drobnych molekularnych skamieniałościach pochodzących z chlorofilu — a konkretnie na związku zwanym fitanem. Stosunek lekkiego do ciężkiego izotopu węgla w fitanie, porównany z tym w współwystępujących minerałach węglanowych, rejestruje, jak mocno pradawne glony faworyzowały lekki węgiel podczas fotosyntezy. To faworyzowanie wzrasta, gdy CO2 jest obfite, i maleje, gdy CO2 jest skąpe. Kalibrując te izotopowe „odciski palców” za pomocą współczesnych relacji oraz uwzględniając wpływ temperatury i dostępności składników odżywczych, zespół opracował wysokorozdzielczy przebieg stężenia CO2 na przestrzeni kilku milionów lat.

Spadek CO2 podczas szczytowego wylewu lawy

Otrzymany zapis ujawnia nieoczekiwany wzorzec. W okresie poprzedzającym główne erupcje poziomy CO2 utrzymywały się w okolicach 700 części na milion (ppm). Około 263,5 miliona lat temu — w momencie rozwijania się prowincji wulkanicznej — CO2 zaczął systematycznie spadać, osiągając wartości bliskie 350 ppm pod koniec głównej fazy wylewów bazaltowych. Co uderzające, ten niski poziom pokrywa się z silnymi pikami rtęci w osadach, niezależnym sygnałem intensywnej aktywności wulkanicznej. Dopiero później, podczas mniejszych, ale bardziej wybuchowych erupcji kwaśnych (silicicznych), stężenie CO2 ponownie wzrosło w kierunku około 1000 ppm, po czym stopniowo opadło do ~600 ppm, gdy wulkanizm osłabł. W ten sposób okres największej produkcji lawy zbiegł się z istotnym spadkiem CO2 w atmosferze — odwrotnie niż przewidują konwencjonalne modele.

Wyniesione skały den morskich jako olbrzymia gąbka CO2

Aby wyjaśnić ten paradoks, autorzy spojrzeli pod lawę, na przyczółki skorupy ziemskiej prowincji Emeishan. Zanim zaczęły się główne erupcje, gorąca plama płaszcza wyniosła się z głębi Ziemi i wypchnęła pokrywającą skorupę ku górze, tworząc szeroką kopułę o rozmiarach setek kilometrów i wysokości dochodzącej do kilometra. To wyniesienie odsłoniło grube pokłady skał węglanowych — dawne wapienie dna morskiego platformy Jangcy — na działanie deszczu, rzek i procesów chemicznych. W miarę wietrzenia tych węglanów zużywano atmosferyczny CO2, który trafiał w postaci rozpuszczonej do oceanów. Geochemiczne wskaźniki intensywności wietrzenia, takie jak izotopy litu i indeks przemiany ilastej, osiągają maksimum w tym samym przedziale czasowym co spadek CO2, co wspiera tę interpretację. Obliczenia sugerują, że erozja wyniesionych węglanów mogła wyciągnąć ilość CO2 porównywalną lub większą niż cała atmosfera, nawet po uwzględnieniu częściowego buforowania przez oceany.

Dlaczego ta prowincja magmowa zachowała się inaczej

Sama lawa Emeishan wydaje się również stosunkowo uboga w CO2 w porównaniu z wieloma innymi prowincjami wulkanicznymi, co oznacza, że erupcje dostarczały stosunkowo umiarkowane ilości gazu do atmosfery. W przeciwieństwie do Pułapek Syberyjskich (Siberian Traps), gdzie magma wnikała w grube, bogate w materię organiczną osady i uwalniała ogromne ilości węgla przez „pieczenie” tych skał, intruzje Emeishan były w dużej mierze ograniczone do gospodarzy węglanowych i węższej strefy wewnętrznej. W efekcie główną opowieścią węglową nie było masowe odgazowanie, lecz masowe wietrzenie — spotęgowane przez wyniesienie terenu w ciepłym, deszczowym pasie tropikalnym oraz przez stosunkowo powolne buforowanie oceanów permskich. Razem te czynniki pozwoliły, by zdolność pochłaniania CO2 przez świeżo odsłonięty wapień przeważyła nad emisjami wulkanicznymi przez kilka milionów lat.

Przemyślenie związków wulkanów i klimatu

Dla czytelników niebędących specjalistami kluczowy wniosek jest taki, że ogromne epizody wulkaniczne nie zawsze przesuwają klimat w jednym kierunku. W przypadku Emeishan ciepło pochodzące z głębi Ziemi przekształciło krajobraz w sposób, który czasowo zamienił odsłonięte skały w olbrzymią gąbkę CO2, nawet gdy lawa zalewała powierzchnię. Później inne style erupcji przechyliły bilans z powrotem w stronę uwalniania CO2. Ta złożoność pomaga wyjaśnić, dlaczego niektóre rozległe prowincje magmowe wiążą się z katastrofalnymi wymieraniami, a inne nie, i podkreśla konieczność rozważenia pełnego łańcucha procesów — od plamy płaszcza po wyniesienie terenu, erozję, chemię oceanów i zmiany atmosferyczne — przy interpretacji klimatu w odległej przeszłości Ziemi.

Cytowanie: Shen, J., Zhang, Y.G., Yuan, DX. et al. Atmospheric CO₂ drawdown during the Emeishan flood basalt volcanism. Nat Commun 17, 1657 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69600-z

Słowa kluczowe: starożytny klimat, rozległe prowincje magmowe, dwutlenek węgla, wietrzenie skał, masowe wymieranie