科技日報記者 張曄
近日，湯加火山劇烈噴發引發公眾關注。那么，如果有一連串類似湯加火山這樣的噴發會帶來什么結果呢？記者15日從中國科學院南京地質古生物研究所獲悉，國內多個科研機構合作完成的最新研究成果“三疊紀-侏羅紀之交的火山作用：增強的大陸化學風化和碳循環擾動”在《自然 通訊》上發表。
該研究表明，在距今約兩億年前的三疊紀-侏羅紀(T-J)之交，大規模的火山活動遍及全球；火山噴發不僅造成大規模的生物滅絕事件（顯生宙“五次生物大滅絕”之一），也是陸地風化和碳循環波動的主要誘因。
圖1 約2億年的晚三疊世全球古地理圖。五角星代表中國準噶爾盆地和四川盆地兩個剖面的古地理位置。圓圈和正方形分別表示已經報道的海相和陸相汞記錄剖面。CAMP代表中大西洋火成巖省分布范圍。
中國科學院南京古生物研究所王永棟研究員告訴記者，這次的火山噴發主要發生在近60萬年的時間內，形成了橫跨北美和鄰近聯合大陸（簡稱為盤古大陸）地區的大規模巖漿沉積。火山活動向大氣中排放了大量的輕碳同位素和甲烷氣體，造成了全球范圍內的碳同位素負偏現象。不斷增加的大氣CO2等溫室氣體，造成了氣候變暖，海洋缺氧和海水酸化，并造成了之后侏羅紀早期的大陸化學風化作用不斷增強。
但是，有關火山作用、碳同位素漂移和大陸化學風化作用之間內在關系，在很大程度上是推斷的，迄今尚未得到有力的證據。這是由于沉積環境和保存的原因，在遠離火山噴發地區的陸相地層中，追蹤沉積物中火山活動的記錄一直是個難點。
近年來研究發現，火山活動是地質歷史上最重要的自然汞源，并且汞元素可以在大氣中進行長距離傳輸，因此十分有利于在大范圍的陸海地層中保存下來，可作為追蹤火山活動蹤跡的良好指標。
由中國地質大學（武漢）沈俊研究員、喻建新教授、馮慶來教授、謝樹成院士，以及中國科學院南京古生物研究所王永棟研究員和李麗琴博士等組成的一個國內外科研團隊，選擇了東亞地區代表高緯度（新疆準噶爾盆地的郝家溝）和中低緯度（四川盆地宣漢地區）的兩個發育連續的T-J地層剖面，開展多種方法的分析和研究，包括有機碳同位素、汞濃度和同位素、化學蝕變指數(CIA)和粘土礦物等，目的在于探究T-J界線陸地沉積物中火山活動的記錄及大陸化學風化響應。
研究結果顯示：在距今2.01億年的T-J之交大滅絕界線附近，位于東亞地區的準噶爾盆地和四川盆地的兩個剖面都顯示出明顯的汞濃度的富集并伴隨著碳同位素的負偏，指示火山噴發對汞和碳循環有著巨大的影響。其次，化學風化指數和高嶺土含量在汞富集層位附近表現出明顯的升高，這反映該時期化學風化的強度明顯加強。另外，研究發現，位于高緯度地區的準噶爾盆地，其化學風化作用的加強與汞濃度的峰值幾乎同時發生；而位于中低緯度的四川盆地，化學風化強度增大則滯后于汞濃度的峰值約20萬年。這說明，火山活動引起的化學風化強度增大在高緯度反應更快（類似于現今地球表層的“高緯度放大效應”）。最后，科學家利用模型分析，顯示陸地化學風化加強，對當時大氣CO2有非常重要調節作用。
研究還發現，增強的化學風化作用持續了約200萬年，這與碳循環模型的結果預測是一致的，即碳釋放事件發生后，大氣中過量CO2的減少需要時間。這些數據還表明，在氣候變暖過程中，高緯度大陸環境對風化強度的變化比低/中緯度地區更敏感。
圖2 新疆準噶爾盆地郝家溝剖面（上）和四川盆地宣漢剖面（下）圖
（圖片由中國科學院南京地質古生物研究所提供）
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