潘吉亚大陆溢流玄武岩风化的有限长期冷却效应：对地球气候演化的新启示

研究人员通过SCION耦合气候-生物地球化学模型，量化了潘吉亚裂解期(300-150 Ma)大型火成岩省(LIPs)的CO2排放与风化作用对气候的净影响。研究发现除中大西洋岩浆省(CAMP)外，多数LIPs因面积有限或远离热带风化带，无法引发显著长期冷却(仅1-2°C)，且仅CAMP显著改变海水87Sr/86Sr记录。该研究首次系统评估LIPs对碳循环的双向作用，为理解地质历史气候突变机制提供新视角。

　　

在地球漫长的地质历史中，大型火成岩省(Large Igneous Provinces, LIPs)的喷发如同行星尺度的"气候开关"，既能通过释放巨量CO₂引发全球变暖，又可能因玄武岩风化消耗大气CO₂导致降温。这种看似矛盾的双重作用如何平衡？特别是3亿至1.5亿年前潘吉亚超大陆裂解期间，包括西伯利亚暗色岩(Siberian Traps)和中大西洋岩浆省(CAMP)在内的7个LIPs相继喷发，这些事件与二叠纪-三叠纪等重大灭绝事件相伴，但其长期气候效应始终存在争议。传统观点认为热带地区的LIPs风化应导致显著降温，但缺乏定量模型验证；同时，LIPs释放的CO₂量级与持续时间的不确定性，使得气候预测如同"盲人摸象"。

为解决这一难题，英国利兹大学等机构的研究团队Jack Longman、Benjamin J.W. Mills和Andrew S. Merdith开发了升级版SCION空间连续集成模型，首次同步量化LIPs的CO₂排放与风化效应。研究发现：除CAMP外，其他LIPs对全球长期冷却的影响微乎其微，颠覆了"LIPs风化驱动冰期"的传统认知。这项发表于《Nature Communications》的研究，为理解地球系统对极端地质事件的响应机制提供了新范式。

研究采用三大关键技术：1) 基于古地理重建的LIPs空间分布模型，将7个LIPs按29 Myr半衰期衰减公式嵌入4.5°×7.5°网格；2) SCION耦合模型整合气候模拟(FOAM)、硅酸盐风化反馈及Sr同位素(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)示踪；3) 多情景设置(仅风化/仅脱气/复合效应)，采用高斯函数模拟CO₂脉冲释放，对比高低排放量(10¹¹-10¹² g C/km³)与持续时间(0.8-2 Myr)。

LIPs在冷却中生代地球系统中的作用
模型显示，LIPs风化在百万年尺度上是碳循环扰动的主因，但仅CAMP因横跨赤道(图1)产生1-2°C降温(图3a)。其风化通量使海水⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值下降(图4b)，与实测数据高度吻合。敏感性测试表明，即使将风化增强系数提高至30倍(远超常规7倍)，仍无法达到某些古温度记录推测的5°C冷却(图S2b)，且会破坏Sr同位素平衡。

LIPs与中生代变暖事件
西伯利亚暗色岩在二叠纪-三叠纪边界释放CO₂达1.7×10⁶ Gt，模型重现了pCO₂飙升至10,000 ppm(图4d)和7°C升温，但低于实测15°C变幅。将脱气时间压缩至5万年时，升温可达9°C(图S2a)，暗示实际碳释放可能更集中。CAMP(201 Ma)和卡鲁-费拉尔(Karoo-Ferrar, 183 Ma)分别引发4°C和3°C升温，仍低于古温度计记录的5-16°C变化。

LIPs风化有限冷却效应的启示
研究否定了塔里木、泛杰尔等LIPs驱动早二叠世冰川(P1-P4事件)的假说(图5)。即便新元古代弗兰克林LIP(Franklin LIP)被抬升至热带，其冷却效应也可能被高估。模型局限性包括：未考虑火山灰施肥效应、土壤形成动态等，但Sr同位素验证支持核心结论的可靠性(图S3)。

这项研究重塑了对LIPs气候效应的认知：1) 地理位置决定气候影响，热带CAMP的冷却效应仍有限；2) 短时间尺度(<1 Myr)的CO₂脉冲主导气候突变，而风化冷却需特定构造-气候组合；3) Sr同位素是验证模型的关键约束。该成果为解读地质记录中"冰室-温室"旋回提供了定量标尺，对预测当代人为CO₂排放的长期归宿具有启示意义——即使大规模玄武岩风化工程(如增强风化碳捕集)，其降温效果可能比预期更有限。