近日，北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院沈佳恒研究員課題組在地球深部過程與地表氣候系統(tǒng)演化研究方面取得了突破性進(jìn)展。該研究打破了“超級(jí)火山”爆發(fā)導(dǎo)致溫室效應(yīng)的傳統(tǒng)刻板印象，揭示了2.6億年前峨眉山大火成巖省時(shí)期導(dǎo)致大氣二氧化碳（CO2）濃度持續(xù)下降的獨(dú)特機(jī)制。研究成果以“Atmospheric CO2 drawdown during the Emeishan flood basalt volcanism”為題，于2026年2月26日發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》（ Nature Communications ）。
大火成巖�。↙arge Igneous Provinces, LIPs）代表了地球歷史上最大規(guī)模的火山事件，其對(duì)全球環(huán)境與生命演化的影響極為深遠(yuǎn)。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，大火成巖省的劇烈火山活動(dòng)會(huì)向大氣注入大量CO2，引發(fā)溫室效應(yīng)與生物滅絕。然而，沈佳恒聯(lián)合中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所徐義剛院士、張一歌研究員以及中國礦業(yè)大學(xué)袁東勛副教授，聚焦距今約2.6億年前的峨眉山大火成巖省。沈佳恒利用遠(yuǎn)古葉綠素生物標(biāo)志化合物植烷單體碳同位素手段，重建了該時(shí)期的古大氣CO2濃度記錄。研究結(jié)果顯示：在峨眉山玄武巖噴發(fā)早期至鼎盛期，大氣CO2濃度非但未升，反而從約700ppm持續(xù)降至約350ppm。
研究團(tuán)隊(duì)提出，造成這一反常現(xiàn)象的根本驅(qū)動(dòng)力，源于地球深部地幔柱（mantle plume）導(dǎo)致的巨型地殼穹狀隆升（crustal doming）（圖1b）：峨眉山大火成巖省在劇烈熔巖噴發(fā)前，地下深處巨型的地幔柱上涌，將整個(gè)揚(yáng)子臺(tái)地區(qū)域抬升，形成了一個(gè)半徑約800公里的巨型穹窿，使原本淹沒在海底的巨量石灰?guī)r暴露于海面之上。這些石灰?guī)r遭受強(qiáng)烈的剝蝕與化學(xué)風(fēng)化，創(chuàng)造了一個(gè)強(qiáng)大的碳匯。同時(shí)，地球化學(xué)證據(jù)顯示，峨眉山玄武巖本身屬于“貧碳”巖漿，其CO2含量平均僅約為135ppm，顯著低于典型洋島玄武巖。這種“貧碳”巖漿與“強(qiáng)力”風(fēng)化的疊加，使得CO2消耗量遠(yuǎn)超巖漿脫氣帶來的排放量。
圖1 峨眉山大火成巖省的演化階段與碳循環(huán)模式示意圖
該研究揭示了地球深部過程與地表氣候系統(tǒng)的互動(dòng)遠(yuǎn)比以往認(rèn)知更為復(fù)雜。大火成巖省對(duì)環(huán)境的影響并非單一固定模式，地幔柱帶來的構(gòu)造抬升能夠比巖漿噴發(fā)更早地干預(yù)氣候系統(tǒng)。這為解釋為何部分“超級(jí)火山”導(dǎo)致了生物滅絕，而另一些則沒有，提供了全新的理論視角。
沈佳恒為該項(xiàng)研究工作的第一和通訊作者。合作單位包括中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所和中國礦業(yè)大學(xué)。本研究工作受到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助。