峨眉山洪泛玄武岩火山活动期间的大气 CO2 降幅

当火山使行星变冷

我们大多数人把巨大火山喷发视为加热地球的灾难，会向大气中释放大量二氧化碳（CO2）并推动大规模灭绝。这项研究考察了中国西南部一次古老的火山事件，发现了一个令人惊讶的反转：在最强烈的熔岩喷发期间，大气中的 CO2 实际上急剧下降。理解这一点为我们提供了一个新的视角，说明地球深部、地表地形、海洋与气候如何在数百万年尺度上相互作用。

一次巨大发作却伴随令人困惑的信号

大约在2.6亿年前的二叠纪，峨眉山大型岩浆省（LIP）在几百万年内喷发出巨量熔岩。此事件与海洋生物，尤其是造礁者和其他浅水生物的严重危机同时发生。传统观点认为此类喷发会释放大量 CO2，使地球变暖并令生态系统承压。然而，关于峨眉山火山活动期间大气 CO2 如何变化的直接证据一直缺乏，使得其真实的气候影响无法确定。

从分子化石中读取古 CO2

为重建过去的 CO2 水平，作者在中国南方的上寺段采样了跨越峨眉山喷发前、喷发中和喷发后时期的海相岩石。他们没有仅依赖整体岩石化学，而是关注来自叶绿素的微小分子化石——具体是一种称为植物烷（phytane）的化合物。植物烷中轻碳与重碳的比值，与同时期碳酸盐矿物的比值对照，可记录古代藻类在光合作用时排斥重碳的强弱。当 CO2 富足时，这种分馏加剧；当 CO2 稀缺时则减弱。通过用现代关系对这些同位素“指纹”进行校准，并考虑温度与营养盐影响，研究团队得出了一条几百万年尺度上高分辨率的大气 CO2 曲线。

在峰值熔岩泛滥期间的 CO2 下降

重建记录揭示了一个出人意料的模式。在主要喷发之前的时期，CO2 水平约为700 ppm。大约从2.635亿年前开始——正值火山省发育期——CO2 开始稳步下降，到主要洪泛玄武岩阶段结束时降至约350 ppm。值得注意的是，这一最低点与沉积物中强烈的汞峰值重合，汞峰是剧烈火山活动的独立指示。直到之后，在较小但更爆炸性的硅质喷发期间，大气 CO2 才再次上升至约1000 ppm，然后在火山活动减弱后回落到约600 ppm。因此，最大规模的熔岩产出期与显著的大气 CO2 抽降同时发生，这与传统模型的预测相反。

抬升的海底岩石成为巨大的 CO2 海绵

为解释这一悖论，作者考察了熔岩之下的峨眉山地壳基础。在主要喷发开始之前，一股来自地幔深处的热柱上升并将上覆地壳顶起，形成一个横跨数百公里、抬升达约一千米的广阔穹隆。该抬升暴露出厚厚的碳酸盐岩套——即扬子台地的古海底石灰岩——使其直接受雨水、河流和化学侵蚀作用。当这些碳酸盐风化时，它们消耗大气 CO2，并以溶解形式将碳输送到海洋。风化强度的地球化学示踪剂，如锂同位素和基于粘土的蚀变指数，在 CO2 下降的同一时期达到峰值，支持这一解释。计算表明，抬升碳酸盐的侵蚀可能抽走相当于甚至超过整个大气中 CO2 的量，即便考虑到海洋部分缓冲效应。

为何这个大型岩浆省表现不同

与许多其他火山省相比，峨眉山熔岩本身似乎异常缺乏 CO2，意味着喷发向大气添加的气体相对有限。不同于鄂尔多斯或西伯利亚陷阱那类岩浆侵入厚厚的富有机质沉积物并通过“烘烤”释放大量碳的情况，峨眉山的侵入体主要限于碳酸盐岩和一个有限的内区。因此，主要的碳过程不是大规模脱气，而是由抬升在温暖、多雨的热带带增强的大规模风化。再加上二叠纪海洋相对缓慢的缓冲能力，这些因素共同使新暴露的石灰岩对 CO2 的吸收能力在数百万年内超过了火山排放。

重新思考火山与气候的关系

对非专业读者来说，关键结论是：大型火山事件并不总是以相同方式推动气候。在峨眉山案例中，来自地幔深处的热量以重塑地形的方式暂时将暴露的岩石转化为巨大的 CO2 海绵，尽管同期有熔岩泛滥。随后，不同风格的喷发又将平衡倾向 CO2 释放回升。这样的复杂性有助于解释为何一些大型岩浆省与灾难性灭绝同时发生而另一些则不然，并强调了在解读地球深时限气候史时必须考虑从地幔柱到隆升、侵蚀、海洋化学及大气变化的完整链条。

引用: 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

关键词: 古气候, 大型岩浆省, 二氧化碳, 岩石风化, 大规模灭绝