牛津大学 Madeleine Stow、Bob Hilton 等人与英国、法国合作者在《Nature Communications》发表研究,利用威尔士一根约1300米钻孔岩芯中的铼同位素记录,重建了约1.83亿年前托阿尔期海洋缺氧事件中的陆地有机碳风化变化。

这项研究给“岩石风化是地球恒温器”的经典叙事补了一句限制条件:硅酸盐风化长期吸收 CO2 仍然成立,但含有机碳的沉积岩被抬升、侵蚀、氧化时,会把古老有机碳重新变成 CO2。地球的降温机制,可能被另一条风化链路部分抵消。

威尔士岩芯记录了火山之外的碳源

托阿尔期海洋缺氧事件发生在早侏罗世,约1.83亿年前。主触发因素被认为是南非—南极一带大火成岩省活动,当时两地仍相连。火山活动释放温室气体,全球升温约6至7摄氏度,陆地植物和恐龙群落发生调整,珊瑚等海洋生物遭受重创。

这次研究对象并不是新钻的样品,而是一根上世纪60年代在威尔士钻取、现由英国地质调查局保存的岩芯。它记录了晚三叠世至早侏罗世的沉积序列,相当于一部压缩在泥岩和页岩里的气候档案。

团队关注的是铼同位素。铼会与海底沉积物中的有机质结合;当陆地上含有机碳的老沉积岩被侵蚀、其中有机碳氧化成 CO2 后,铼随河流进入海洋,再进入新的沉积物。沉积物中187Re/185Re比值的变化,因而可用来追踪当时有机碳风化强度。

过程对 CO2 的方向关键条件本文判断
硅酸盐风化吸收 CO2长时间尺度、矿物反应仍是地球长期负反馈
有机碳风化释放 CO2含有机碳沉积岩出露并氧化可能放大变暖
火山活动释放 CO2大火成岩省喷发托阿尔期初始触发因素

真正重要的是“补缺口”,不是推翻恒温器

2024年,宾夕法尼亚州立大学 Isabel Fendley 等人曾用同一岩芯中的汞作为火山示踪,估算托阿尔期火山 CO2 释放。他们的结论是:火山 CO2 不足以解释全部变暖,系统里还需要额外温室气体来源。

新研究的意义就在这里。铼同位素显示,随着气候升温,有机碳风化增强,释放的 CO2 可能填补这一缺口。换句话说,火山点火,陆地风化中的有机碳氧化可能添柴。

这个判断比“岩石会放碳”更精确,也更重要。并非所有岩石风化都会排放 CO2。把硅酸盐风化和有机碳风化混为一谈,会误读整项研究。前者是长期降温阀门,后者在特定地质背景下可能成为升温回路。

横向看,托阿尔期并不是孤例。二叠纪末“西伯利亚暗色岩”相关的大灭绝、其他大火成岩省事件,都常被用来研究火山、碳循环和生态危机的耦合。但这篇论文提供的是一条更细的证据链:不是只看火山喷了多少,而是看升温后地表系统怎样反过来改写碳账本。

对今天的启示要谨慎,争议也在通量大小

受影响最大的不是普通公众的日常决策,而是做气候反馈、古气候模型和长期碳循环研究的人。模型如果只把风化当作单向吸碳项,可能低估某些地质条件下的正反馈。对研究团队来说,下一步更现实的动作,是把铼同位素方法用于其他古气候事件,检验它是不是普遍机制。

但这项研究不能直接变成“现代气候将额外释放多少 CO2”的定量结论。今天的大陆分布、侵蚀速率、岩石出露类型、植被和人类土地利用,都和早侏罗世不同。原文也承认,过去能否成为今天的精确预演,目前看不清。

争议集中在规模。科罗拉多州立大学 Jeremy Caves Rugenstein 认可这类工作的重要性,但质疑论文估算的有机碳风化 CO2 通量过大。这个分歧很关键:机制存在是一回事,足以左右全球碳收支又是另一回事。

接下来最该看的不是一句“风化会不会放碳”,而是三件事:铼同位素记录能否在更多岩芯中复现;有机碳风化通量估算能否被独立方法约束;现代哪些地区的含有机碳沉积岩出露和侵蚀最可能放大这一过程。