大规模火山喷发重塑了形状及其历史上几个时期的气候。新的研究表明，在这些地表喷发停止很久之后，溶解在地下岩浆中的二氧化碳（CO2）可能会慢慢逸出到地表。这种“神秘碳”可能导致了长期变暖、气候恢复缓慢和大规模灭绝。
“这种气体释放的潜力与熔岩流的产生并没有特定的联系，”说伊莎贝尔·芬德利宾夕法尼亚州立大学的地质学家，没有参与这项研究。如果不考虑这种长期的二氧化碳排放，“我们目前理解气体排放事件的一些方法将会缺失。”
这这些地区被称为大型火成岩省，即岩浆涌到地表的大片地区。今天没有大型火成岩省处于活动状态；最近的一个是相对较小的哥伦比亚河玄武岩群，大约在 1600 万年前喷发。一个大型火成岩省在一百万年的时间里可以喷出大约一百万立方公里的火山岩。
“我认为这些火山省的规模对于人类来说是很难理解的，”说本·布莱克，该研究的主要作者，新泽西州罗格斯大学的火山学家。 “我们谈论的是火山活动，这些火山活动可以动员足够的岩浆来覆盖美国大陆半公里深。”
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改变气候的岩浆
如此广泛的火山活动与地球历史上的气候破坏时期同时发生：大型火成岩省向大气中排放大量二氧化碳等温室气体，导致气温升高。这些事件有时还伴随着重大的生物学变化。
2.52 亿年前西伯利亚地盾的喷发恰逢生物多样性的大规模丧失，被称为二叠纪末大规模灭绝或大灭绝。但在那次事件期间，火山喷发停止后的约 500 万年里，气温和二氧化碳浓度仍然很高。科学家们推测，这次火山喷发和其他大型火成岩省喷发后出现的出人意料的长时间变暖是由于硅酸盐风化反馈减弱，一个充当天然恒温器的循环。
在这项新研究中，发表于自然地球科学布莱克和他的同事提出了另一种解释——火山喷发停止后，碳继续从火山中泄漏。
研究人员使用数值模型模拟气候对碳和养分循环扰动的反应，发现仅来自地表喷发的二氧化碳排放不足以解释长期的温暖期。观测到的变暖需要在最年轻的火山岩冷却后很长时间内继续排放碳。
为了确定地表喷发结束后是否会发生二氧化碳释放，研究人员模拟了随着时间的推移穿过地壳的岩浆运动，以确定在大型火成岩省活动期间地壳将如何变形和移动。
他们的模拟表明，最初，岩浆室中的压力不断增大，直到地壳形成裂缝，使岩浆渗出到地球表面。但随着时间的推移，岩浆使地壳温度升高到足以使周围的岩石更容易流动，从而更难为地表喷发建立足够的压力。
随着岩浆上升和冷却，溶解的二氧化碳可以逸出，即使岩浆本身不能逸出。研究合著者说，溶解的气体就像一瓶苏打水中的气泡一样塔姆辛·马瑟，牛津大学的火山学家。
“当你盖上[汽水瓶]的盖子时，你看不到里面有任何气泡。这就像深处的岩浆，”马瑟说。 “当你打开盖子时——或者在岩浆的情况下，你把它提升到更浅的深度——压力就会降低，气泡就会形成。”然后，这些浮力气泡上升到地表，通过地壳的裂缝或断层逸出。
研究小组发现，在地表喷发结束后，二氧化碳的释放可能会持续数百万年。隐秘碳可以解释大规模火成岩省喷发平息后观察到的持续变暖，并可能影响二叠纪末大规模灭绝等事件后的生物恢复。
布莱克说：“我认为，在大规模灭绝或气候破坏之后如何恢复、固体地球过程发挥的作用以及破坏后对新生命的影响等方面，存在一些非常有趣、重要的问题。”
这些发现还可以帮助科学家了解当今变暖的影响。马瑟说：“就人类碳排放通量而言，大型火成岩省是碳排放通量的最佳类比之一，但它们的碳排放速度仍然没有我们现在那么快。”她补充说，了解地球在类似的突然破坏后如何恢复可能有助于了解人为排放可能产生的影响。
