大規模火山爆發重塑了形狀及其歷史上幾個時期的氣候。新的研究表明，在這些地表噴發停止很久之後，溶解在地下岩漿中的二氧化碳（CO2）可能會慢慢逸散到地表。這種「神秘碳」可能導致了長期暖化、氣候恢復緩慢和大規模滅絕。
「這種氣體釋放的潛力與熔岩流的產生並沒有特定的聯繫，」說伊莎貝爾·芬德利賓州州立大學的地質學家，並沒有參與這項研究。如果不考慮這種長期的二氧化碳排放，“我們目前理解氣體排放事件的一些方法將會缺失。”
這這些地區稱為大型火成岩省，即岩漿湧到地表的大片地區。今天沒有大型火成岩省處於活動狀態；最近的一個是相對較小的哥倫比亞河玄武岩群，大約在 1600 萬年前噴發。一個大型火成岩省在一百萬年的時間裡可以噴出大約一百萬立方公里的火山岩。
「我認為這些火山省的規模對於人類來說是很難理解的，」說本·布萊克，該研究的主要作者，新澤西州羅格斯大學的火山學家。 “我們談論的是火山活動，這些火山活動可以動員足夠的岩漿來覆蓋美國大陸半公里深。”
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改變氣候的岩漿
如此廣泛的火山活動與地球歷史的氣候破壞時期同時發生：大型火成岩省向大氣中排放大量二氧化碳等溫室氣體，導致氣溫升高。這些事件有時也伴隨著重大的生物學變化。
2.52 億年前西伯利亞地盾的噴發恰逢生物多樣性的大規模喪失，被稱為二疊紀末大規模滅絕或大滅絕。但在那次事件期間，火山爆發停止後的約 500 萬年裡，氣溫和二氧化碳濃度仍然很高。科學家推測，這次火山爆發和其他大型火成岩省噴發後出現的出人意料的長時間變暖是由於矽酸鹽風化回饋減弱，一個充當天然恆溫器的循環。
在這項新研究中，發表於自然地球科學布萊克和他的同事提出了另一種解釋——火山爆發停止後，碳繼續從火山中洩漏。
研究人員使用數值模型模擬氣候對碳和養分循環擾動的反應，發現僅來自地表噴發的二氧化碳排放量不足以解釋長期的溫暖期。觀測到的暖化需要在最年輕的火山岩冷卻後很長一段時間內碳排放仍持續存在。
為了確定地表噴發結束後是否會發生二氧化碳釋放，研究人員模擬了隨著時間的推移穿過地殼的岩漿運動，以確定在大型火成岩省活動期間地殼將如何變形和移動。
他們的模擬表明，最初，岩漿室中的壓力不斷增大，直到地殼形成裂縫，使岩漿滲出到地球表面。但隨著時間的推移，岩漿使地殼溫度升高到足以使周圍的岩石更容易流動，更難為地表噴發建立足夠的壓力。
隨著岩漿上升和冷卻，溶解的二氧化碳可以逸出，即使岩漿本身無法逸出。研究合著者說，溶解的氣體就像一瓶蘇打水中的氣泡一樣塔姆辛·馬瑟，牛津大學的火山學家。
「當你蓋上[汽水瓶]的蓋子時，你看不到裡面有任何氣泡。這就像深處的岩漿，」馬瑟說。 「當你打開蓋子時——或者在岩漿的情況下，你把它提升到更淺的深度——壓力就會降低，氣泡就會形成。”然後，這些浮力氣泡上升到地表，透過地殼的裂縫或斷層逸出。
研究團隊發現，在地表噴發結束後，二氧化碳的釋放可能會持續數百萬年。隱密碳可以解釋大規模火成岩省噴發平息後觀察到的持續變暖，並可能影響二疊紀末大規模滅絕等事件後的生物恢復。
布萊克說：“我認為，在大規模滅絕或氣候破壞之後如何恢復、固體地球過程發揮的作用以及破壞後對新生命的影響等方面，存在一些非常有趣、重要的問題。”
這些發現還可以幫助科學家了解當今暖化的影響。馬瑟說：“就人類碳排放通量而言，大型火成岩省是碳排放通量的最佳類比之一，但它們的碳排放速度仍然沒有我們現在那麼快。”她補充說，了解地球在類似的突然破壞後如何恢復可能有助於了解人為排放可能產生的影響。
