火山岛间冰期强烈风化作用对CO2 快速吸收的驱动机制研究

本研究通过精确年代学约束的火山古土壤（PSs）地球化学分析，揭示了亚速尔群岛过去1百万年间火山岩风化速率与CO2 吸收的动态关系。研究发现古土壤形成速率高达3-180 mm kyr?1 ，阳离子输出量（0-2600 t km?2 yr?1 ）和CO2 吸收量（0-35×106 Mol km?2 yr?1 ）远超现代河流地球化学估算值，揭示了间冰期短暂而强烈的碳消耗事件对全球气候的潜在调控作用。

　　

火山活动与全球碳循环的关联一直是地球科学研究的核心命题。火山岛因其独特的岩石组成和高比表面积，被认为是硅酸盐风化（silicate weathering）驱动CO₂
吸收的重要场所。然而，传统基于现代河流地球化学的估算方法存在时间分辨率不足、无法捕捉瞬时风化事件等局限。更关键的是，风化速率随岩石暴露时间呈指数衰减的特性，使得长期平均估算可能严重低估短期的碳消耗峰值。这些认知缺口阻碍了对火山岛在全球碳循环中动态作用的准确评估。

针对这一科学难题，由法国巴黎萨克雷大学（Université Paris-Saclay）领衔的国际团队，对亚速尔群岛火山古土壤（paleosols, PSs）开展了系统研究。通过整合高精度年代学与地球化学分析，团队首次量化了间冰期火山岛强烈风化作用对CO₂
的瞬时吸收能力，相关成果发表于《Geochimica et Cosmochimica Acta》。

研究采用三大关键技术：1）未稀释K-Ar和⁴⁰
Ar/³⁹
Ar定年技术精确约束火山单元年龄，将古土壤形成时间误差控制在千年尺度；2）基于钛（Ti）作为不活动元素的质转移函数（τ_j,w
）计算元素迁移通量；3）加权平均法整合不同土层化学组成，结合保守密度估值（1.0-2.5 g cm^?3
）计算阳离子输出通量。研究样本涵盖亚速尔群岛中东部4个岛屿（皮库岛、法亚尔岛、圣若热岛和圣米格尔岛）的24个古土壤剖面，母质包括玄武岩熔岩流（I型）、基性火山碎屑（II型）和粗面质火山碎屑（III型）。

土壤形成速率与时间尺度关系
古土壤厚度（18-550 cm）与最大形成时间（1-70 kyr）呈正相关，垂直形成速率达3-180 mm kyr^?1
，与现代热带火山岛数据相当。关键发现是土壤生产速率呈对数衰减：初始20-30 kyr内速率极高（如SJ22A剖面达180 mm kyr^?1
），35 kyr后接近零值。这种瞬态特征与母岩阳离子耗竭和黏土矿物沉淀导致的"自我抑制"效应相关。

元素迁移与风化动力学
质量转移函数显示钙（Ca）、镁（Mg）普遍流失（τ_Ca
最低-1.0），而铝（Al）、铁（Fe）因次生矿物形成而富集。值得注意的是，钠（Na）在部分剖面出现正τ值，可能反映海盐气溶胶输入；钾（K）与铷（Rb）的差异性流失则指示生物吸收的调控作用。

碳消耗的时空异质性
基于阳离子输出的CO₂
吸收估算显示：1）熔岩流（I型）因密度高（2.5 g cm^?3
），单位厚度碳吸收效率优于火山碎屑；2）极端值如Fa22D剖面（碱性长石母质）达35×10⁶
Mol km^?2
yr^?1
，是圣米格尔岛现代河流估算值（Louvat and Allègre, 1998）的10倍；3）间冰期温暖湿润条件下，短暂（<10 kyr）但强烈的风化脉冲可能导致大气CO₂
浓度快速下降。

讨论与意义
该研究颠覆了传统"稳态风化"认知，揭示火山岛碳循环具有"脉冲式"特征：1）间冰期热带条件（年均温>20°C、降水>2000 mm）触发爆发性风化，但受矿物相变限制而快速衰减；2）古土壤记录捕捉到现代河流监测无法反映的瞬时高碳通量；3）尽管全球尺度上此类事件对现代人为排放抵消有限（亚速尔全岛最大吸收量仅占年排放的0.01%），但其在自然气候振荡中可能放大冰期旋回。