北京大学地空学院沈佳恒课题组发现“超级火山”爆发时，大气二氧化碳不增反降

近日，北京大学地球与空间科学学院沈佳恒研究员课题组，在地球深部过程与地表气候系统演化研究方面取得了突破性进展。该研究打破了“超级火山”爆发导致温室效应的传统刻板印象，揭示了2.6亿年前峨眉山大火成岩省时期导致大气二氧化碳（CO₂）浓度持续下降的独特机制。研究成果以“Atmospheric CO₂ drawdown during the Emeishan flood basalt volcanism”为题，于2026年2月26日发表于国际学术期刊《自然·通讯》（ Nature Communications ）。

大火成岩省（Large Igneous Provinces, LIPs）代表了地球历史上最大规模的火山事件，其对全球环境与生命演化的影响极为深远。传统观点认为，大火成岩省的剧烈火山活动会向大气注入大量CO₂，引发温室效应与生物灭绝。然而，沈佳恒联合中国科学院广州地球化学研究所徐义刚院士、张一歌研究员以及中国矿业大学袁东勋副教授，聚焦距今约2.6亿年前的峨眉山大火成岩省。沈佳恒利用远古叶绿素生物标志化合物植烷单体碳同位素手段，重建了该时期的古大气CO₂浓度记录。研究结果显示：在峨眉山玄武岩喷发早期至鼎盛期，大气CO₂浓度非但未升，反而从约700ppm持续降至约350ppm。

研究团队提出，造成这一反常现象的根本驱动力，源于地球深部地幔柱（mantle plume）导致的巨型地壳穹状隆升（crustal doming）（图1b）：峨眉山大火成岩省在剧烈熔岩喷发前，地下深处巨型的地幔柱上涌，将整个扬子台地区域抬升，形成了一个半径约800公里的巨型穹窿，使原本淹没在海底的巨量石灰岩暴露于海面之上。这些石灰岩遭受强烈的剥蚀与化学风化，创造了一个强大的碳汇。同时，地球化学证据显示，峨眉山玄武岩本身属于“贫碳”岩浆，其CO₂含量平均仅约为135ppm，显著低于典型洋岛玄武岩。这种“贫碳”岩浆与“强力”风化的叠加，使得CO₂消耗量远超岩浆脱气带来的排放量。

图1 峨眉山大火成岩省的演化阶段与碳循环模式示意图

该研究揭示了地球深部过程与地表气候系统的互动远比以往认知更为复杂。大火成岩省对环境的影响并非单一固定模式，地幔柱带来的构造抬升能够比岩浆喷发更早地干预气候系统。这为解释为何部分“超级火山”导致了生物灭绝，而另一些则没有，提供了全新的理论视角。

沈佳恒为该项研究工作的第一和通讯作者。合作单位包括中国科学院广州地球化学研究所和中国矿业大学。本研究工作受到了国家自然科学基金项目（42220104003、42488201、92479001和42272031）资助。