Снижение атмосферного CO2 во время эмейшаньской вулканической активности

Когда вулканы охлаждают планету

Большинство из нас представляет себе гигантские вулканические извержения как катастрофы, нагревающие планету и выбрасывающие в атмосферу огромные объёмы диоксида углерода (CO2), способствующие массовым вымираниям. В этом исследовании рассматривается один такой древний вулканический эпизод на юго‑западе Китая и обнаруживается неожиданная деталь: в период наибольших разливов лавы концентрация атмосферного CO2 резко снизилась. Понимание причин этого явления даёт новую перспективу на то, как глубинная мантия Земли, поверхностные ландшафты, океаны и климат взаимодействуют в течение миллионов лет.

Гигантское извержение с загадочным сигналом

Около 260 миллионов лет назад, в пермский период, Большая магматическая провинция Эмейшань выплеснула огромные объёмы лавы в течение нескольких миллионов лет. Этот эпизод совпал с серьёзным кризисом в морской биоте, особенно среди рифообразователей и других прибрежных организмов. Обычно предполагают, что такие извержения высвобождают гигантские количества CO2, нагревая планету и создавая стресс для экосистем. Тем не менее прямых данных о том, как менялась атмосферная концентрация CO2 во время эмейшаньской вулканической активности, долго не хватало, и истинное климатическое воздействие оставалось неясным.

Чтение древнего CO2 по молекулярным ископаемым

Чтобы восстановить прошлые уровни CO2, авторы отобрали образцы морских пород в разрезе Шанси на юге Китая, охватывающем интервал до, во время и после извержений Эмейшань. Вместо того чтобы полагаться только на общую геохимию пород, они сосредоточились на крошечных молекулярных ископаемых, происходящих от хлорофилла — в частности на соединении фитане. Соотношение лёгкого и тяжёлого углерода в фитане по сравнению с сопутствующими карбонатными минералами фиксирует, насколько сильно древние водоросли отбирали тяжёлый углерод во время фотосинтеза. Это отбор усиливается при большом содержании CO2 и ослабевает при его дефиците. Калибруя эти изотопные «отпечатки» по современным соотношениям и корректируя их на влияние температуры и питания, команда получила высокоразрешённую кривую атмосферного CO2 на протяжении нескольких миллионов лет.

Падение CO2 в период пикового разлива лавы

Полученная запись показывает неожиданный рисунок. В период, предшествовавший главным извержениям, уровни CO2 держались около 700 частей на миллион (ppm). Примерно с 263,5 миллиона лет назад — как раз в момент становления вулканической провинции — CO2 начал устойчиво снижаться, достигнув значений около 350 ppm к концу основной фазы потоков базальта. Примечательно, что этот минимум совпадает с сильными всплесками ртути в отложениях, независимым признаком интенсивной вулканической активности. Лишь позже, в эпоху меньших, но более взрывоопасных слившихся извержений силикатного состава, атмосферный CO2 снова вырос примерно до 1000 ppm, а затем снизился до ~600 ppm по мере ослабления извержений. Таким образом, период наибольшей продукции лавы совпал с существенным вымыванием CO2 из атмосферы, что противоположно ожиданиям стандартных моделей.

Всплывшие морские породы как гигантская губка для CO2

Чтобы объяснить этот парадокс, авторы заглядывают под лаву, к коре, на которой стоит провинция Эмейшань. До начала крупных извержений из глубин поднялся горячий мантельный шлейф и приподнял надлежащую кору, сформировав широкий купол площадью в сотни километров и высотой до километра. Это поднятие обнажило толстые пачки карбонатных пород — бывших морских известняков Янцзы — под действием дождя, рек и химической атаки. По мере выветривания эти карбонаты поглощали атмосферный CO2 и доставляли его в растворённом виде в океаны. Геохимические маркёры интенсивности выветривания, такие как изотопы лития и глинистый индекс алитерации, достигают пиков в тот же интервал, что и спад CO2, поддерживая эту интерпретацию. Расчёты показывают, что эрозия поднятых карбонатов могла откачать количество CO2, сравнимое с запасом в атмосфере или даже превышающее его, даже с учётом частичного буферирования океаном.

Почему эта ЛИП вела себя иначе

Сама эмейшаньская лава, по-видимому, также была относительно бедна CO2 по сравнению со многими другими вулканическими провинциями, то есть извержения добавляли в атмосферу сравнительно скромные объёмы газа. В отличие от Сибирских траппов, где магма внедрялась в толстые органически‑богатые осадки и освобождала огромные объёмы углерода при их «запекании», эмейшаньские внедрения в основном ограничивались карбонатными толщами и узкой внутренней зоной. В результате главная углеродная история была не в массовом дегазации, а в массивном выветривании, ускоренном поднятием в тёплом, дождливом тропическом поясе и относительно медленным буферированием пермских океанов. В совокупности эти факторы позволили поглощающей способности свежо обнажённых известняков перевесить вулканические выбросы в течение нескольких миллионов лет.

Переосмысление взаимоотношений вулканов и климата

Для неспециалистов главный вывод таков: гигантские вулканические эпизоды не всегда действуют на климат одинаково. В случае Эмейшаня тепло из глубины изменило ландшафт так, что обнажённые породы временно превратились в огромную губку для CO2, даже несмотря на разливы лавы. Позже иные стили извержений вновь сместили баланс в сторону выброса CO2. Эта сложность помогает объяснить, почему одни большие магматические провинции совпадают с катастрофическими вымираниями, а другие — нет, и подчёркивает необходимость учитывать всю цепочку: от мантельного шлейфа до поднятия, эрозии, океанской химии и изменений атмосферы при реконструкции климатической истории Земли в глубоком времени.

Цитирование: 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

Ключевые слова: древний климат, большие магматические провинции, углекислый газ, выветривание горных пород, массовое вымирание