安第斯火山活动、海洋施肥、海洋生态系统转换与晚中新世全球降温

火山、海洋与古老的降温事件

晚中新世，大约在700万到500万年前，是地球气候走向冷却、海洋生命重组以及巨型鲸类开始走向巨大的时期。本研究提出了一个耐人寻味的问题：沿安第斯山脉的火山，是否通过向海洋撒下富含营养物的火山灰，帮助滋养海洋生物、从大气中移除二氧化碳，从而推动行星走向更冷的状态？作者将化石记录、地球化学证据与复杂的计算机模型结合起来，探索陆地喷发如何可能重塑海洋生命与气候。

养海之山

安第斯山脉构成了世界上最长的活火山链，横亘南美大陆，并毗邻地球上一些最有生产力的海区，包括洪堡当前和南大洋。那里火山发生爆炸性喷发时，会将火山灰抛入高空，风可将其远送越过海面。那些火山灰不仅是尘土：它含有铁、磷和硅等关键营养元素，而这些元素在表层海水中往往短缺。研究聚焦于当时安第斯火山活动尤为强烈的晚中新世。与此同时，全球记录显示海洋生产力上升、海洋生态系统普遍改变、大气二氧化碳下降以及总体气候变冷。作者提出，来自安第斯的反复灰降可能帮助施肥海洋，增强生命与气候之间的联系。

来自化石与海泥的线索

为检验这一想法，研究者首先梳理了来自世界各地的多条独立记录。秘鲁和智利沿海的海洋沉积物保存有富含火山灰的层位，内含微小藻类（二氧藻）、海绵残骸以及多样的脊椎动物化石，指示出高生产力的沿海海域与复杂的食物网。对全球二氧藻残体、深海磷含量与富硅沉积的综合分析均显示晚中新世期间生产力显著上升。与此同时，鲸类与其他大型海洋动物的记录透露出引人注目的情节：须鲸在体型上迅速增大，而海洋大型动物的灭绝率则上升，尤其是在上新世。以上模式表明，海洋生产力与生境的持续变化——至少部分由陆地营养物输入驱动——为海洋生物施加了强大压力。

追踪空中与海中的火山灰

研究团队随后转向模型，评估安第斯火山灰是否合理地能提供足够的营养物以产生影响。使用大气输送模型，他们模拟了来自中央高安第斯的火山灰在类似现代的风场下如何传播。大多数火山灰羽流被带向东，经南大西洋并进入南印度洋，而部分火山灰直接落入北智利近海的太平洋。接着，他们将这些由火山灰带来的营养通量输入到一个追踪海洋物理、生物与碳交换的地球系统模型中。在代表单次喷发的短暂脉冲中，模型显示二氧藻暴发显著增加，南大洋对二氧化碳的额外吸收增强。若每隔数十年至数百年重复发生，这些脉冲会累积成对向深海与沉积物输送碳的持续增强。

深海的长期记忆

由于深海响应缓慢，作者还使用了第二种更理想化的模型，能够运行数万年。该模型追踪营养物与碳在海洋中循环并埋藏于沉积物中的过程。单次火山灰脉冲只导致大气二氧化碳的暂时下降，因为深海最终会将储存的碳重新释放回海表层。但当喷发频繁重复——尤其与因干旱地区扩展而增加的背景尘埃共同作用时，模型在数千年尺度上产生了约每百万分之10到15的持续二氧化碳下降。尽管单独看幅度适中，但当与晚中新世活跃的其它过程（如造山、海洋环流变化与冰盖扩展）叠加时，这类下降可能变得重要。

古老火山灰如何可能助力地球降温

最终，研究得出结论：反复的安第斯喷发很可能不仅仅让古代天空昏暗。通过持续向营养贫乏的南大洋供给富铁与富磷的火山灰，它们帮助驱动二氧藻暴发、强化将碳输送到深海的生物泵并微弱降低大气二氧化碳。这种施肥效应，与上升的尘埃输入、洋流变化和鲸类群体扩展的反馈共同作用，可能促成了晚中新世的全球降温与海洋生态系统的重塑。这项工作突显了地球的岩石圈、水圈与生物圈是如何紧密相连的——以及山脉释放的火山“肥料”如何在海洋与大气中回响千年之久。

引用: Carrapa, B., Clementz, M.T., Cosentino, N.J. et al. Andean volcanism, ocean fertilization, marine ecosystem turnover, and global cooling in the Late Miocene. Commun Earth Environ 7, 335 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03457-4

关键词: 安第斯火山活动, 海洋施肥, 晚中新世降温, 南大洋初级生产力, 海洋生态系统变化