近日，一项新的研究发现，地球早期火山在活动期后数百万年内都会排放二氧化碳，对历史上的全球变暖事件做出了不可忽视的贡献。
这一发现为地球气候如何应对长期碳排放提供了新的见解，并表明如果人为排放得到遏制，则有可能恢复地球的生态。
揭开古老火山的神秘面纱
由罗格斯大学新不伦瑞克分校的火山学家领导的一个国际地球科学家团队发现，地球早期火山在喷发结束后很长一段时间内仍在从地球深处向大气中释放二氧化碳，这与之前的科学认识恰恰相反。
这一发现有助于解决地球气候历史关键时刻长期变暖事件原因的长期谜团。研究结果于近日（10月30日）发表在最新一期的《Nature Geoscience》杂志上。
本文的发现很重要，因为它们在地球过去气候突然变暖并保持温暖的时间比我们预期的要长得多的时候，发现了大气中隐藏的二氧化碳来源。作者认为，他们已经弄清楚了地球气候是如何被破坏的，也许同样重要的是，它是如何恢复的。
对地球气候恢复的影响
如今，人类释放的二氧化碳比所有活火山的总和还要多，但新的发现可能会揭示，如果人类二氧化碳排放量减少，地球气候将如何恢复。作者说：“地球有自然气候控制系统，有点像你家里的恒温器。”“问题是，这些气候控制系统是否有阈值开始崩溃，使气候恢复变得更加困难？”
几十年来，科学家们一直对气候记录感到困惑，这些记录显示，在2.52亿年前所谓的二叠纪末大灭绝之后，地球大气层未能像预期的那样迅速恢复——这是地球上已知的生物多样性最严重的减少。大灭绝与西伯利亚的巨大火山爆发有关。即使在火山爆发停止后，地球的气候也花了近500万年才稳定下来。
作者说：“这种延迟的恢复长期以来一直困扰着科学家。在这次事件期间和之后，地球的自然恒温器似乎已经失灵了。”“我们注意到，类似的模式似乎也发生在地球历史上其他多个时期的大规模火山活动中，我们开始了解原因。”
发现神秘碳源
本文作者发现了这种火山带二氧化碳排放的证据，在大多数地表喷发结束后，这种排放可能会持续数百万年。他们通过汇编熔岩的化学分析，开发模拟地球内部融化的计算机模型，并将结果与沉积岩中保存的过去气候记录进行比较来做到这一点。
分析表明，巨大的古代火山省份缓慢关闭。在地表，火山爆发可能已经停止，但在地壳和地幔深处，岩浆仍在释放二氧化碳，导致气候持续变暖。
作者说：“我们称这种来自地下岩浆的二氧化碳为‘神秘碳’，因为它来自潜伏在系统深处的岩浆。”“就好像火山正在从坟墓外释放碳。”
作者说，这项新研究的发现具有重要意义，因为它们在气候突然变暖的时候发现了一个隐藏的大气二氧化碳来源。如果火山继续“升温”，这可能意味着地球的恒温器可能比科学家想象得更好。
作者说：“如果这是真的，那么对于人类驱动的气候变暖后的地球复苏来说，这可能是个好消息。”“这意味着，如果我们停止调高恒温器，在数十万到数百万年的地质时间尺度上，气候可以恢复。”
作者强调，火山的神秘碳无法解释当今的气候变化。“我们正在研究的火山活动类型很罕见，能够产生足够的岩浆，覆盖大陆半公里深的熔岩。”“这种火山活动已经有1600万年没有发生过了。今天地球上发生的所有火山活动释放的二氧化碳不到人类活动的1%。”
但科学家们仍然希望从过去的火山爆发中了解当前和未来的气候。作者说：“这些古老的火山爆发似乎是地球历史上唯一一次释放出与人类今天相同规模的碳的事件。”“因此，通过研究这些遥远过去的火山爆发，我们可以更多地了解地球气候系统如何应对向大气中大量释放的碳。”
地球动力学和热力学计算指导了对LIP演化的预期
参考文献：Cryptic degassing and protracted greenhouse climates after flood basalt events” by Benjamin A. Black, Leif Karlstrom, Benjamin J. W. Mills, Tamsin A. Mather, Maxwell L. Rudolph, Jack Longman and Andrew Merdith, 30 October 2024, Nature Geoscience.
几个重要启示
01 重新评估气候响应机制
传统观点认为，大型火成岩省（LIPs）活动后，由于增强的风化作用，会导致长期的二氧化碳吸收和气候冷却。然而，新发现表明，LIPs之后的气候响应可能比预期更加复杂，包括长时间的气候变暖和生物恢复延迟。这提示我们需要重新评估LIPs对全球气候系统的影响机制。
02 隐秘二氧化碳的作用
研究揭示了“非喷发型隐秘二氧化碳”（即那些未直接通过火山喷发进入大气的二氧化碳）的重要性。这部分二氧化碳通过岩浆侵入的方式释放到环境中，对于调节地球表面环境和驱动长期气候变化起着至关重要的作用。这意味着在评估过去和未来的气候变化时，需要考虑这一因素。
03 地壳流变反馈的影响
地壳内的流变反馈可以减缓岩浆喷发速率，即使地幔继续生成熔体和提供二氧化碳。这表明地球内部过程与地表环境变化之间存在复杂的相互作用，这些作用对于理解地球系统的动态平衡至关重要。
04 古气候重建的重要性
结合具有时间校准的古气候数据进行的气候-生物地球化学建模，有助于更准确地重建过去的气候条件，以及LIPs与气候中断和恢复之间的关系。这对于预测未来可能发生的类似事件及其对环境的影响具有重要意义。
05 地质历史与现代环境的关系
了解LIPs在地质历史关键时刻（如二叠纪-三叠纪、中中新世等）对气候和生物圈的影响，可以帮助我们更好地预测人类活动对当前地球环境的潜在影响，特别是在大规模温室气体排放的情况下。
