科技日報(bào)記者  張曄

近日，湯加火山劇烈噴發(fā)引發(fā)公眾關(guān)注。那么，如果有一連串類似湯加火山這樣的噴發(fā)會帶來什么結(jié)果呢？記者15日從中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所獲悉，國內(nèi)多個科研機(jī)構(gòu)合作完成的最新研究成果“三疊紀(jì)-侏羅紀(jì)之交的火山作用：增強(qiáng)的大陸化學(xué)風(fēng)化和碳循環(huán)擾動”在《自然 通訊》上發(fā)表。

該研究表明，在距今約兩億年前的三疊紀(jì)-侏羅紀(jì)(T-J)之交，大規(guī)模的火山活動遍及全球；火山噴發(fā)不僅造成大規(guī)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(fēng)化和碳循環(huán)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(zhǔn)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(jīng)報(bào)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(xué)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(fā)主要發(fā)生在近60萬年的時間內(nèi)，形成了橫跨北美和鄰近聯(lián)合大陸（簡稱為盤古大陸）地區(qū)的大規(guī)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(nèi)的碳同位素負(fù)偏現(xiàn)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(jì)早期的大陸化學(xué)風(fēng)化作用不斷增強(qiáng)。

但是，有關(guān)火山作用、碳同位素漂移和大陸化學(xué)風(fēng)化作用之間內(nèi)在關(guān)系，在很大程度上是推斷的，迄今尚未得到有力的證據(jù)。這是由于沉積環(huán)境和保存的原因，在遠(yuǎn)離火山噴發(fā)地區(qū)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(diǎn)。

近年來研究發(fā)現(xiàn)，火山活動是地質(zhì)歷史上最重要的自然汞源，并且汞元素可以在大氣中進(jìn)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(biāo)。

由中國地質(zhì)大學(xué)（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(xué)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(nèi)外科研團(tuán)隊(duì)，選擇了東亞地區(qū)代表高緯度（新疆準(zhǔn)噶爾盆地的郝家溝）和中低緯度（四川盆地宣漢地區(qū)）的兩個發(fā)育連續(xù)的T-J地層剖面，開展多種方法的分析和研究，包括有機(jī)碳同位素、汞濃度和同位素、化學(xué)蝕變指數(shù)(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(xué)風(fēng)化響應(yīng)。

研究結(jié)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(qū)的準(zhǔn)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(fù)偏，指示火山噴發(fā)對汞和碳循環(huán)有著巨大的影響。其次，化學(xué)風(fēng)化指數(shù)和高嶺土含量在汞富集層位附近表現(xiàn)出明顯的升高，這反映該時期化學(xué)風(fēng)化的強(qiáng)度明顯加強(qiáng)。另外，研究發(fā)現(xiàn)，位于高緯度地區(qū)的準(zhǔn)噶爾盆地，其化學(xué)風(fēng)化作用的加強(qiáng)與汞濃度的峰值幾乎同時發(fā)生；而位于中低緯度的四川盆地，化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)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(xué)風(fēng)化強(qiáng)度增大在高緯度反應(yīng)更快（類似于現(xiàn)今地球表層的“高緯度放大效應(yīng)”）。最后，科學(xué)家利用模型分析，顯示陸地化學(xué)風(fēng)化加強(qiáng)，對當(dāng)時大氣CO2有非常重要調(diào)節(jié)作用。

研究還發(fā)現(xiàn)，增強(qiáng)的化學(xué)風(fēng)化作用持續(xù)了約200萬年，這與碳循環(huán)模型的結(jié)果預(yù)測是一致的，即碳釋放事件發(fā)生后，大氣中過量CO2的減少需要時間。這些數(shù)據(jù)還表明，在氣候變暖過程中，高緯度大陸環(huán)境對風(fēng)化強(qiáng)度的變化比低/中緯度地區(qū)更敏感。

圖2 新疆準(zhǔn)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(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所提供）

關(guān)鍵詞： 巨變 火山 可尋