火山噴發(fā)，CO2卻在下降？

在我們的直覺(jué)里，火山是溫室效應(yīng)的同謀。它向天空噴射二氧化碳和其他火山物質(zhì)，熔巖覆蓋大地，高溫灼燒海洋，最終讓整個(gè)星球喘不過(guò)氣。這種印象并非沒(méi)有來(lái)由——2.52億年前，西伯利亞大地裂開(kāi)，涌出的巖漿點(diǎn)燃了通古斯盆地厚厚的有機(jī)質(zhì)地層，釋放出天文數(shù)字級(jí)別的溫室氣體，最終殺死了地球上超過(guò)90%的物種。那是顯生宙最慘烈的一次大滅絕，而火山，是公認(rèn)的兇手。

↑夏威夷冒納羅亞火山噴發(fā)

但地球的邏輯從來(lái)不只有一個(gè)版本。

↑大火成巖省噴發(fā)伴隨的物理和化學(xué)反應(yīng)

大約2.6億年前，今天中國(guó)西南的地底下，一根來(lái)自地幔深處的熱柱正在悄悄靠近地殼。這類(lèi)事件在地質(zhì)學(xué)里有個(gè)專(zhuān)門(mén)的名字：大火成巖省。當(dāng)熱柱撞上地殼底部，熔巖便會(huì)在數(shù)百萬(wàn)年內(nèi)持續(xù)涌出，規(guī)模動(dòng)輒超過(guò)十萬(wàn)立方千米，足以覆蓋數(shù)個(gè)省份。這一次，它塑造了峨眉山大火成巖省，在四川盆地西緣留下了綿延至今的玄武巖地層。

時(shí)間上，這場(chǎng)噴發(fā)與一次生物危機(jī)高度重合——瓜德魯普世末期滅絕事件。大量淺海生物在這一時(shí)期消失：珊瑚礁垮塌，腕足動(dòng)物衰減，一類(lèi)叫作“筳”的有孔蟲(chóng)徹底絕滅。于是，順理成章的推斷出現(xiàn)了：是峨眉山的火山氣體窒息了這些生命，是二氧化碳讓海洋變酸、讓氣溫攀升。但這個(gè)推斷缺少最關(guān)鍵的證據(jù)：那段時(shí)期大氣中二氧化碳濃度的真實(shí)記錄。

↑冰芯

要讀取2.6億年前的大氣成分，不能靠鉆孔取冰芯——最古老的冰芯也只能追溯到幾百萬(wàn)年前。科學(xué)家轉(zhuǎn)而依靠一種更迂回、也更精巧的方法：從古老的海相沉積巖中提取植烷。植烷是葉綠素分子的降解產(chǎn)物，億萬(wàn)年來(lái)靜靜封存在巖層之中。浮游植物進(jìn)行光合作用時(shí)，固定碳的效率會(huì)隨大氣中二氧化碳濃度的變化而改變，這種差異會(huì)被記錄在碳同位素的比值上。通過(guò)精確測(cè)量四川廣元一處剖面里的植烷碳同位素，研究者得以將這些化學(xué)信號(hào)反推為當(dāng)時(shí)的大氣二氧化碳估算值。結(jié)果令人意外。

↑葉綠素a的結(jié)構(gòu)，其側(cè)鏈含有一個(gè)植烷基

數(shù)據(jù)顯示，在峨眉山大火成巖省的早期和主噴發(fā)期，大氣中的二氧化碳濃度非但沒(méi)有升高，反而從約700 ppm持續(xù)下滑至350 ppm左右——幾乎減半。更耐人尋味的是，二氧化碳濃度的最低谷，恰好與火山活動(dòng)最劇烈的時(shí)段吻合。換言之，熔巖流得越?jīng)坝浚諝庵械奶挤炊缴佟?/strong>這與教科書(shū)的預(yù)測(cè)完全相反，而答案藏在噴發(fā)開(kāi)始之前。

地幔熱柱在沖破地殼之前，會(huì)先在地殼底部積聚，像一只巨大的手從下方頂起大地。研究顯示，在峨眉山火山噴發(fā)前約300萬(wàn)年，揚(yáng)子克拉通南部經(jīng)歷了大規(guī)模穹形隆升，整片區(qū)域被抬高超過(guò)1000 m，影響范圍的半徑約達(dá)800 km。今天我們?nèi)阅茉诘貙永镒x到這段歷史：茅口組石灰?guī)r頂部發(fā)育著古風(fēng)化殼、古巖溶地貌，不整合面向中心逐漸增厚，都是當(dāng)年地表被抬出海面的痕跡。

隆升的后果是決定性的。原本沉睡在海底的大量碳酸鹽巖被抬出水面，暴露在溫暖濕潤(rùn)的地表，開(kāi)始以極快的速度風(fēng)化溶蝕。碳酸鹽巖的風(fēng)化本質(zhì)上是一個(gè)吸收二氧化碳的化學(xué)過(guò)程：石灰?guī)r與水和二氧化碳反應(yīng)，將碳從大氣中抽走，轉(zhuǎn)化為溶解在水中的碳酸氫根離子，最終流入海洋。研究者估算，這片隆升區(qū)域平均遭受了約150 m厚度的侵蝕，參與風(fēng)化的石灰?guī)r總量極為可觀，其吸碳規(guī)模甚至超過(guò)了當(dāng)時(shí)大氣中二氧化碳的總儲(chǔ)量。

與此同時(shí)，峨眉山玄武巖本身的含碳量也異常偏低，遠(yuǎn)不及西伯利亞暗色巖這類(lèi)與大滅絕緊密掛鉤的火山巖。峨眉山的火山，天生就是個(gè)沉默寡言的i人，沒(méi)有噴出過(guò)多少二氧化碳。兩個(gè)因素疊加——碳匯強(qiáng)勁，碳源微弱——共同造就了那段大氣二氧化碳反常下降的歷史。如果峨眉山噴發(fā)期間二氧化碳不升反降，那場(chǎng)滅絕的真正誘因是什么？

↑一組非常生動(dòng)的演化示意圖，像連環(huán)畫(huà)一樣重現(xiàn)了整個(gè)火山事件影響地球碳循環(huán)的三個(gè)關(guān)鍵幕。第一幕里，地下深處涌動(dòng)的地幔柱把原本安安靜靜躺在海底的厚重石灰?guī)r硬生生頂出了海面，大面積暴露的巖石開(kāi)始瘋狂風(fēng)化，吸干了空氣中大量的二氧化碳。到了第二幕，也就是火山開(kāi)始最猛烈噴發(fā)的主力時(shí)期，由于噴出的巖漿本身就比較“缺氣”，沒(méi)有釋放多少溫室氣體，導(dǎo)致此時(shí)的大氣二氧化碳濃度不僅沒(méi)漲，反而跌到了谷底。直到第三幕，火山進(jìn)入了演化后期，開(kāi)始噴發(fā)另一種富含氣體的巖漿，伴隨著大量溫室氣體的瘋狂釋放，大氣中的二氧化碳濃度這才開(kāi)始真正飆升。

答案可能比我們想象的更復(fù)雜。在早期碳濃度持續(xù)下滑的背景下，氣候非但沒(méi)有變暖，反而可能趨于涼化。對(duì)于那些世代棲居在溫暖淺海的生物而言，這本身已足以打亂它們的生存節(jié)律。隨后，當(dāng)峨眉山進(jìn)入硅質(zhì)爆發(fā)階段，二氧化碳才驟然回升，在約2.591億至2.574億年前攀上約1000 ppm的峰值。海洋酸化和快速升溫接踵而至，對(duì)已然受損的生態(tài)系統(tǒng)施以最后一擊。滅絕的故事是分兩幕上演的：先是涼化的隱性侵蝕，后是升溫的突然終結(jié)。

峨眉山的案例，觸及了一個(gè)困擾科學(xué)界已久的問(wèn)題：為什么有些大火成巖省與大滅絕如影隨形，有些卻沒(méi)有留下同等量級(jí)的生態(tài)創(chuàng)傷？關(guān)鍵似乎不在于火山噴了多少，而在于它噴的是什么，以及它噴發(fā)之前，地球已經(jīng)歷了什么。

西伯利亞暗色巖的致命性，很大程度上源于它的地質(zhì)“運(yùn)氣”——巖漿恰好侵入了富含有機(jī)質(zhì)的通古斯盆地，將那里埋藏億年的碳一把點(diǎn)燃，制造出遠(yuǎn)超普通巖漿的溫室氣體。峨眉山則不同，它的巖漿主要與碳酸鹽巖為伍，不僅沒(méi)有額外的碳可以釋放，連玄武巖本身的含碳量都低得出奇。更關(guān)鍵的是，噴發(fā)之前數(shù)百萬(wàn)年的地殼隆升，已經(jīng)在地表悄然布置了一張巨大的碳匯網(wǎng)絡(luò)，等到熔巖終于涌出時(shí)，吸碳的機(jī)器早已全速運(yùn)轉(zhuǎn)。

↑西伯利亞暗色巖的熔巖范圍

這意味著，評(píng)估任何一次火山事件對(duì)氣候的影響，不能只盯著噴發(fā)本身，還必須追溯它的“前史”——地幔柱如何改造地貌，巖漿與什么巖石相遇，當(dāng)時(shí)的大陸位于哪個(gè)緯度，海洋的緩沖系統(tǒng)處于什么狀態(tài)。每一個(gè)變量都可能讓故事走向截然不同的結(jié)局。

↑火山

我們正生活在一個(gè)大氣二氧化碳濃度超過(guò)420 ppm的時(shí)代，而峨眉山噴發(fā)最劇烈的那段歲月，這一數(shù)值曾跌至約350 ppm。歷史上規(guī)模最大的火山活動(dòng)之一，反而把大氣中的碳降到了接近今天人類(lèi)視為“安全線”的水平。

這不是說(shuō)火山是無(wú)害的，也不是說(shuō)碳循環(huán)里藏著某種自我修復(fù)的萬(wàn)能魔法。峨眉山案例的意義，在于它提醒我們：地球系統(tǒng)的反饋從來(lái)不是單向的。一個(gè)直覺(jué)上理所當(dāng)然的結(jié)論：超級(jí)火山必然引發(fā)溫室效應(yīng)，把其放入真實(shí)的地質(zhì)背景中，可能會(huì)被徹底顛覆。

參考文獻(xiàn)

Shen, J., Zhang, Y.G., Yuan, D.-X. & Xu, Y.-G. (2026). Atmospheric CO? drawdown during the Emeishan flood basalt volcanism. Nature Communications, 17, 1657.

來(lái)源：石頭科普工作室

編輯：丁香葉子

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