变质碳同位素图解,影响碳同位素的因素

图2德干大火成岩省早期岩浆作用碳释放演变特征与晚白垩世气候、环境事件之间的联系。（A）利用德干玄武岩熔体包裹体及微量元素含量反演的原始岩浆CO₂含量变化，假设CO₂/Ba及CO₂/Nb分别为48.3和391；（B）磁性地层学结果；（C）基于岩浆体积和年龄估算的喷出岩浆的通量（km³/yr）；（D）LOSCAR模拟结果与其他观测结果对比（I:E即侵入岩与喷出岩体积比）（Nava et al., 2021）

此外，模拟结果还显示德干玄武质岩浆在Moho面或下地壳深度即达到CO₂饱和点，并且同一深度早期岩浆中析出CO₂的比例较晚期更高。这意味着德干早期岩浆可能是低程度部分熔融的产物，具有更高的初始CO₂含量，同时较高的I:E比值（即以侵入岩岩浆脱碳为主）以及更深的碳饱和点导致巨量CO₂释放至地表，引发了晚白垩LMWE升温事件；而晚期原始岩浆中CO₂含量偏低，碳饱和点更浅，同时I:E比值相对较小，尽管有大量玄武岩喷出地表，但相较于早期碳释放通量却明显降低（图3）。

图3 基于原始岩浆CO₂含量以及碳饱和压力（深度）重建德干大火成岩省早期（KPB之前）与晚期岩浆碳释放过程。该研究假设，晚期岩浆中CO₂含量降低与源区熔融区域扩大导致的部分熔融程度升高有关，而早期原始岩浆较高的CO₂含量可能提高碳交代的程度，进而导致侵入岩浆脱碳效率的提高（Nava et al., 2021）

该研究直接测定了德干大火成岩省橄榄石中熔体包裹体的CO₂浓度，并利用微量元素指标反演了初始岩浆中的CO₂含量，结合模型计算结果，探讨了德干LIPs早期岩浆活动中侵入岩深部脱碳对LMWE升温事件的重要影响，为德干大火成岩省与同时期气候、环境事件之间的内在联系提供了直接的证据，同时也为揭示大火成岩省对全球气候变化的贡献提供了有力的约束和证据。

地史时期大规模的生物灭绝事件往往与大火成岩省的出现在时间上存在着关联（图4）。例如，二叠与三叠纪之交（252 Ma, PTB）以及晚三叠纪（201 Ma, End Triassic）的生物灭绝事件可能与同时期的西伯利亚大火成岩省以及中大西洋大火成岩省有关（Schobben et al., 2019）。大火成岩省导致生物灭绝的原因，包括与之相关的全球升温、海洋缺氧、海水酸化等地球系统环境剧变。

图4 奥陶纪以来生物灭绝事件与大火成岩省之间的关系（Schobben et al., 2019）

以往研究还发现，中大西洋火山岩省（CAMP）幕式岩浆作用结束后，大气CO₂浓度在约三十万年内持续降低至喷发前的水平，这可能与大规模暴露地表的新鲜玄武岩风化作用有关（Schaller et al., 2011）。在高温潮湿的环境中，新鲜玄武岩的风化效率远高于其他类型岩石（Li et al., 2016）。印度大陆在白垩纪末期至新生代早期向北漂移过程中穿过赤道附近的热带-亚热带地区。因此，在综合考虑德干大火成岩省深部碳释放与气候、环境事件的关系过程中，不能忽略玄武岩风化导致碳汇效应的影响（Kent and Muttoni, 2008）。

主要参考文献

Barnet J S K,Littler K, Kroon D, et al. A new high-resolution chronology for the lateMaastrichtian warming event: Establishing robust temporal links with the onsetof Deccan volcanism[J]. Geology,2018, 46(2): 147-150.

Coffin M F,Eldholm O. Large igneous provinces: crustal structure, dimensions, and externalconsequences[J]. Reviews of Geophysics,1994, 32(1): 1-36.

Kent D V,Muttoni G. Equatorial convergence of India and early Cenozoic climatetrends[J]. Proceedings of the NationalAcademy of Sciences, 2008, 105(42): 16065-16070.

Li G,Hartmann J, Derry L A, et al. Temperature dependence of basalt weathering[J]. Earth and Planetary Science Letters,2016, 443: 59-69.

Meyer K W,Petersen S V, Lohmann K C, et al. Biogenic carbonate mercury and marinetemperature records reveal global influence of Late Cretaceous Deccan Traps[J].Nature Communications, 2019, 10(1):1-8.

Nava A H,Black B A, Gibson S A, et al. Reconciling early Deccan Traps CO2 outgassing andpre-KPB global climate[J]. Proceedings ofthe National Academy of Sciences, 2021, 118(14) : e2007797118.

Schaller M F,Wright J D, Kent D V. Atmospheric pCO2 perturbations associated with theCentral Atlantic magmatic province[J]. Science,2011, 331(6023): 1404-1409.

Schobben M,Van De Schootbrugge B, Wignall P B. Interpreting the carbon isotope record ofmass extinctions[J]. Elements: AnInternational Magazine of Mineralogy, Geochemistry, and Petrology, 2019,15(5): 331-337.

Suarez C A,Edmonds M, Jones A P. Earth catastrophes and their impact on the carboncycle[J]. Elements: An InternationalMagazine of Mineralogy, Geochemistry, and Petrology, 2019, 15(5): 301-306.

（撰稿：赵文斌，马琳/新生代室；校对：郭正府/新生代室）

校对：覃华清、江淑敏