超级火山点燃煤层造成二氧化碳大规模排放、全球变暖和生物大灭绝

                           吉林大学： 杨学祥，杨冬红

   关键词：  超级火山，太阳辐射，温室效应，小冰期，生物大灭绝

一、火山活动可能是过去几亿年来地球气候冷热变化的原因

科技日报北京2016年4月22日电（记者常丽君）据美国得克萨斯大学奥斯汀分校网站21日报道，由该校科学家带领的一个科研团队在最新一期《科学》杂志上发表的一项新研究提出，与大陆板块构造运动相关的火山活动可能是过去几亿年来地球气候冷热变化的原因，并解释了为何会有这种周期性波动。

该研究探索了地球基准气候的长期变化。首席研究员莱恩·麦肯齐说，他们发现在过去的7.2亿年中，当沿着大陆弧的火山活动更活跃时，气候更温暖，可称为温室期；反过来当大陆弧火山活动较少时，气候更寒冷，可称为冰室期。

大陆火山弧系处在活跃的大陆边缘，是两个构造板块会合时造成的，如安第斯山脉，海洋板块冲入大陆板块下面形成潜没区，此时岩浆会与地壳中的碳混合，当这里火山爆发时，会把二氧化碳释放到大气中。

“大陆弧系可以通过地壳被探测到，它们容易和地表以下的含碳岩石相互作用。”麦肯齐说，人们早就知道，大气中二氧化碳含量影响地球气候，但什么原因导致了二氧化碳的变化还不清楚。新研究指出，地质活动释放到大气中的二氧化碳数量是地球气候的主要驱动力。

http://tech.163.com/16/0423/11/BLB676JL00094O5H.html

火山的作用并不像该文说的那样简单。最新研究表明，超级火山活动不仅带来地下热能，而且点燃地下煤层自燃，释放出绿色植物通过光合作用长期积累的太阳能和二氧化碳，导致生物大灭绝和全球变暖。超级火山喷发的面积大，可造成大规模地下煤层焚烧，释放大量能量和二氧化碳。

二、火山喷发的双重作用

大多数学者认为，15-18世纪的小冰期是由太阳辐射减弱或火山喷发单一作用或共同作用引起，火山灰中含有大量悬浮颗粒，阻碍了太阳辐射抵达地球表面。最近研究表明，小冰期从13世纪开始，源于公元1275年和1300年之间的4次火山喷发。在过去的450年，最近研究发现了火山喷发与大气和海洋低温的联系，短期的变冷时代从13世纪到18世纪，大气和海洋系统被火山喷发所控制。

但是，发生在古老世纪白垩纪的长期变暖时代，发生了最强烈的海底火山喷发，喷发物中的火山灰被海水过滤，连同海洋增温所释放出的温室气体阻止热辐射返回太空，使地球气候变暖。火山喷发具有双重效应：致冷和致暖。温室效应不是气候变化的唯一因素，其他因素必须参与地球的热平衡。火山活动主要受地球内部能量间歇性释放所控制。对作差异旋转的内核而言，太阳辐射量影响核幔角动量交换和壳幔能量交换，造成热幔柱喷发和强烈岩浆活动，控制了核幔边界到地表的能量交换过程。这是天文周期与火山活动一一对应的原因。二氧化碳不是造成古气候峰值唯一原因。

1 引言

1816年，全球性的低温袭击了从欧洲、美洲甚至中国，北半球平均气温下降了0.4-0.7℃，与道尔顿极小期有关，此前的蒙德极小期造成北半球持续70年的连续低温。但是，造成1816年寒冷现象的更直接原因是1815年坦博拉火山喷发，1809年也发生了火山喷发^[1-3]。在此期间还有两次火山爆发，分别发生在1812年的加勒比海地区和1814年的菲律宾。

最新研究认为，地球小冰期始于13世纪后期，可能从1275年至1300年间就开始了，在大约50年时间里，热带地区相继发生了4次大规模火山爆发。由于喷出的火山灰中含有大量悬浮颗粒，阻碍了太阳辐射抵达地球表面，北半球在相对很短的时期内不断遭遇“降温”，这种累积效应使北半球突然进入冰期。1430年到1450年，也发生了一轮大规模火山喷发，其中包括瓦努阿图的火山，导致几个世纪的寒冷时期“小冰期”的到来^{[4, 5]}。

2010年冰岛火山喷发后，火山活动对气候的影响重新引起人们的关注，伴随火山资料的增多，研究火山活动对气候的影响不仅成为可能，而且有重大的现实意义。

2 火山喷发在小冰期中的致冷作用

从15至17世纪的200余年小冰期时期，世界上强震很多，其它自然灾害（如瘟疫流行）也很集中，这正是太阳黑子的蒙德极小值期^[6]。人们往往把太阳黑子延长极小期当作小冰期气候产生的原因。进一步的研究表明，火山活动对小冰期有重要影响。小冰期对应强火山活动，小气候最适期对应弱火山活动。因为火山灰和二氧化硫等火山喷发物到达平流层后，较小的气溶胶可在数月内传播到全球，并可在平流层内持续漂浮1-3年，使太阳直接辐射减弱，造成大气降温^[7-10]。太阳活动和火山活动是小冰期气候变化的主要因素，下一个太阳黑子延长极小期已经到来^[7-14]。

研究表明，全球强火山活动存在显著的88年左右和100年左右世纪尺度周期循环，还存在33年左右年代际尺度周期循环以及与太阳活动相联系的准11年周期^[15]。火山活动是地球气候异常变化十分重要的影响因子，特别是WEI5级以上的强火山活动，其影响是全球性的^[15-18]。

太阳黑子周期活动规律性影响地球气候。在太阳黑子非活跃时期，北美和欧洲部分地区常遭遇极端天气。在2008年至2010年，太阳黑子处于活动谷年，美国与欧洲部分地区遭遇严冬。复杂计算机模型模拟到长期气候状况，证实在太阳黑子活动谷年，异常冷空气在赤道大气上空形成，造成大气热量重新分配和大气环流变化，令欧洲北部和美国遭遇异常低温和暴风雪，加拿大和地中海地区气候则变得更为温和。进入活动峰年，情况相反^[19]。

太阳黑子周期长度的变化与地球冷暖变化也具有相关性。用太阳黑子周期长度同地球温度做比较，地球的增温和降温与太阳黑子周期长度变化是相当吻合的，当黑子周期变短，地球增温，当黑子周期变长，地球降温，太阳黑子周期长度的变化与地球冷暖变化有很好的相关性。太阳黑子延长极小期会带来寒冷，常规的太阳黑子周期的长度变化也能带来地球气温变化^[20]。两种尺度划分的地球冷暖周期是一致的^[21]。最近的一次太阳黑子周期长度为12.4年，表明21世纪太阳黑子超长极小期的到来。

最近的研究表明，不仅太阳活动具有11年周期，潮汐具有11年和1800年的周期波动，气候变冷周期与潮汐变化周期相一致^[22,23]。火山喷发11、33、88年周期是太阳活动和潮汐变化11年周期叠加的结果，潮汐激发地震火山活动得到越来越多研究的证明，而且深海及其边缘的特大地震可以导致气候变冷^[24-31]。

表1 太阳活动、火山喷发、强潮汐和低温期的对应关系

注：数据来自文献[1-5，8-23]。

从2003年开始，天文学家就一再预测到太阳活动变弱的趋势，一个类似道尔顿极小期的太阳活动低值正在到来，长度可能更长^[9-12]。太阳活动周期变长是太阳活动减弱的一个明显的标志。2011年美国科研人员预测，太阳将进入不寻常且时间较长的“超级安静模式”，大约从2020年开始，太阳黑子活动或许会消失几年甚至几十年。这些科研人员在美国天文学会太阳物理学分会年会上发表3份研究报告说，人们熟悉的太阳黑子活动或许将进入“冬眠”，这种情况自17世纪以来从未出现^[32]。

新的证据表明，全球变暖自上个世纪90年代末以来基本上已停止。Yu Kosaka 和Shang-Ping Xie发现，当将最近在东赤道太平洋观察到的变冷现象直接吸收到气候模型中时，全球变暖的上述停顿就可以得到解决。结果表明，来自热带太平洋的低温海水或是近年来抑制全球气候变暖的一个主要因素。美国斯克里普斯海洋研究所开展的最新研究认为，全球变暖的“暂停”与“太平洋十年涛动”有关^[33]。

这篇文章证实了我们在1996年以来提出“海底藏冷效应”、“海洋锅炉效应”、2000年美国科学家季林提出的“潮汐调温效应”和2002年中国学者郭增建提出的“深海巨震调温效应”。尽管1800年潮汐周期处于最弱时期使海底冷水上翻数量减少，全球气候处于变暖高峰，但是，目前也处于200年周期的太阳黑子超长极小期、55年周期的“太平洋涛动”冷位相时期，后两者有充分的历史数据表明是变冷时期。今后20年气候不再变暖，即变暖已经停止，变冷成为短周期的必然趋势，现有的气候模型忽视了这些自然因素^[34]。

根据潮汐变化1800年周期，小冰期时期对应潮汐强度高峰，而目前潮汐强度低谷对应全球变暖，变暖高峰在24世纪，直到3107年潮汐达到新的高峰，引发新一轮小冰期。潮汐还有200年和60年周期，对应太阳黑子超长极小期和太平洋十年涛动，目前200年周期和60年周期都处于变冷初期阶段，所以，此次变冷规模要小于道尔顿极小期^[23]。

3 火山喷发在长周期中的增暖作用

现代火山活动有明显致冷的记录。短周期的对应关系是：小冰期对应强火山活动，小气候最适期对应弱火山活动。但是，火山长周期的对应关系却是：火山活动峰值与全球无冰期对应，而谷值与大冰期对应^{[14, 35]}。

据Coffin和Eldholm（1993）海洋考察结果，巨大火成区所显示的大陆溢流玄武岩和大洋溢流玄武岩的喷发强度与全球高温和大气CO₂高浓度对应（见图1-2）^[36]。

图1 巨大火成区和全球变暖

Fig1  Large igneous provinces and globalwarming

图2 巨大火成区的规模比例

Fig2  The proportion of the large igneousprovinces

120Ma前海底地幔柱喷发形成翁通爪哇海台，其释放的热量为6×10²⁶J，海洋的质量为1.45×10²⁴g，可使全球海水温度增高33℃，平均每万年海温升高0.1℃^[35]。有证据表明，在古新世末不到6000年的时间内大洋底层水增温4℃以上^[37]。海底火山活动引发的海温增高和CO₂排放在全球气候变化中的作用不容忽视，这是白垩纪强烈火山活动、大气中高浓度CO₂和异常高温一一对应的原因。

最近发现在15~20Ma前南极的夏季温度要比现在高出大约11℃，最高可以达到大约7℃。这一南极地区的“绿化”过程最高峰大致出现在中新世中期，距今大约16.4~15.7Ma。中新世中期的温暖环境被认为应当对应于400~600ppm的大气二氧化碳浓度^[38]。15 Ma前发生的哥伦比亚溢流玄武岩喷发是大气CO₂浓度增加的原因（见图1-2）。

在过去的20年中，研究人员搜集了有关古新世—始新世（5500万年前）最热现象（PETM）的数据。在PETM期间，地球的表面温度在1万年的时间里上升了9℃，而这一事件的起始温度要高于地球目前的气温。地球的温度在这一较高水平上一直持续了近10万年。在PETM期间，大气中的气体浓度上升了约700 ppm（百万分之一），即从1000 ppm升至1700 ppm——这比现今的385 ppm高出了4倍之多。据估计，温室气体的大量灌入形成了这一气温峰值。然而一项新的分析结果似乎并不能完全支持这一假设。研究人员模拟了在PETM期间，大气的灵敏度增加到翻一番的二氧化碳水平——2000 ppm，地球温度会发生何种变化。最终的结果显示，这些二氧化碳最高可以使温度升高3.5℃。这就意味着还有一些其他的因素使地球的温度升高了5.5℃。这一无法解释的变暖现象使人们对究竟是什么导致了重大且快速的气候变化的认知存在着一个缺口：二氧化碳不是造成古气候峰值唯一原因^[39]。

事实上，5500万年前的温度峰值与北大西洋边缘的巨大火成区同时出现，后者喷出的熔岩为哥伦比亚溢流玄武岩体积的3倍多。1000km³熔岩要释放1.6×10¹³ kg的CO₂，3×10¹²kg的硫和3×10¹⁰kg的卤素。一个巨大火成区的累积过程要发生上千次这样的喷发，它使现代人类造成的污染物产生的影响相形见绌^[35]。120Ma前海底热幔柱喷发形成翁通爪哇海台的体积为36×10⁶km³，15 Ma前发生的哥伦比亚溢流玄武岩体积为1.3×10⁶km³，释放的CO₂分别为5.8×10¹⁷kg和2.1×10¹⁶ kg。图3中可以看到，巨大火成区大部分处于海洋及其边缘，喷发物被海水过滤，减少火山灰降温作用，增强温室气体增温作用。海洋被加热，释放大量温室气体，两种因素都导致气温升高。

图3 全球巨大火成区

Fig 3Global large igneous provinces

Engel and Engel给出了6亿年以来北美火山喷发曲线（见图4 ）^[40]，Larson给出了1.5亿年以来全球地磁、洋壳产量、古温度、古海平面、黑色页岩的异常变化^[41]，与图1-4的变化趋势基本一致。

图4  北美火山活动曲线（据Engel and Engel, 1964）^[39]

Fig. 4 The cure of volcanic activity in North America（after Engel and Engel, 1964）^[39]

在过去4.5亿年中地球旋转速率、地磁轴视极移、洋脊的活动、海平面和气候变化有伴随出现的现象。地球旋转加速时期主要对应了正极性时期，而旋转减慢时期主要对应了负极性时期，前者如志留纪至早泥盆纪和中生代，这阶段由于地球旋转速度加快，使地磁极具正极性、洋脊活动增强、全球性海侵和古气候变暖。自晚泥盆纪至二叠纪和新生代，是地球旋转速度减慢时期，表现为负极性为主、洋脊活动减弱、全球性海退、气候剧烈变化和出现大冰期。这些资料表明，在几亿年时间尺度上，各种地质旋回有一定程度的相关性存在，与地球自转速度变化相对应^[42]。

叶淑华院士指出，在距今0.65-1.4亿年前的白垩纪，地磁场突然倒转，岩浆活动非常剧烈；大气温度比现在高18℃左右；海平面比现在约高150米；地球的自转变快；古生物大量灭绝；大气中CO₂的含量十倍于现在；陨石增多^[43]。在此期间，地球自转速度处于峰值。相反，437Ma的奥陶志留纪大冰期和437Ma的石炭二叠纪大冰期对应地球自转速度低谷。

巨大火成区来自核幔边界地幔柱的猛烈喷发，核幔边界地幔柱喷发的能量又来自何处？

理论模型研究和实际测量表明，地球内核自转较快，地壳和地幔自转较慢，形成地球内外圈层的差异旋转，核幔边界不仅是热交换边界，而且是圈层角动量交换的边界。最强的太阳辐射加强圈层角动量交换，使地壳和地幔自转变快，内核自转变慢，部分动能转化为热能积累在核幔边界。这是地球自转加速对应大规模地幔柱喷发的原因^{[35, 43-51]}。

化石种类数据的小波分析显示存在大约62Ma和140Ma两个明显周期^{[52, 53]}。这表明地表周期与地球深部周期的一致性。这些新的结果指出，各种地质过程的一致性可能是与深部地幔的活动变化相关的。银河年280Ma周期在地球大冰期和温暖期转换周期、地球自转长期变化周期、火山喷发长周期、陆海变动周期、造山作用周期、地磁极性变化长周期都有明显的表现。280Ma周期是140Ma周期的倍数周期，是140Ma周期受控于银河年周期的证据，最可能的因素是太阳辐射强度的变化。太阳风和太阳辐射量的变化可以压缩地球磁场，增强或减弱核幔角动量交换，对核幔边界的地幔柱活动有控制作用（图4）^[5,18-20]。

图5  太阳辐射变化、核幔角动量交换和气候变化的关系

         Fig.5 Relation among solar radiation, core-mantleangular momentum and climate change

巨大火成岩省形成时释放的CO₂是导致全球变暖的重要原因，但是，导致全球变暖的巨大火成岩省有多种作用，温室效应只是其中的一种。使海洋底层水增温，这是巨大火成岩省无可替代的致暖作用。巨大火成岩省的海台和洋壳产量在白垩纪是最高的，洋壳产量的最高速度为37×10⁶ km³/Ma（目前的洋壳产量为17×10⁶ km³/Ma）^{[36, 41]}，对海洋温度的提高贡献最大。存储在海洋中的碳只要释放2 %，就将使大气中的CO₂含量增加一倍^[54]。海洋是CO₂的储库。在1 个大气压下，海水温度从0℃升高为25℃，每克海水可释放约1 cm³体积的CO₂，释放量与残留量的比值约为1：1。目前全球海洋溶解的CO₂是大气中CO₂的13倍，以此比例，海水升温25℃，大气中CO₂的含量应该增加到现在的6.5倍，这表明白垩纪海洋增温释放的CO₂是大气CO₂浓度增高的主要来源^[55]。

4  太阳能量参与生物大灭绝和全球变暖

全球变暖是人类的行为造成地球气候变化的后果，这一观念几乎成为人类的共识。“碳”就是石油、煤炭、木材等由碳元素构成的自然资源。“碳”耗用得多，导致地球暖化的元凶“二氧化碳”也制造得多。随着人类的活动，全球变暖也在改变（影响）了人们的生活方式，带来越来越多的问题。

碳中和是指企业、团体或个人测算在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，以抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳“零排放”。

它作为一种新型环保形式，被越来越多的大型活动和会议采用，推动了绿色的生活、生产，实现全社会绿色发展。

其实，碳中和不是人类的发明，而是一种纯而又纯的自然过程。简单地说，太阳能量的长期积累和释放就是碳中和与碳排放交替发生的过程：植物的光合作用把二氧化碳和太阳能量积累在石油、煤炭、木材、碳水化合物、甲烷等由碳元素构成的自然资源之中，山火、煤炭自燃、沼气自燃、火山点燃碳层等自然焚烧事件又把二氧化碳还给大气，是长期积累的太阳能在短期释放，导致全球变暖。二氧化碳不过是自然碳排放过程中的产物，其对全球变暖的影响远远小于长期积累的太阳能的突然释放。

我们在2013年发表的《全球气候变化的成因初探》一文中指出，温室效应不是气候变化的唯一因素，太阳能量在地球内部的积累和释放有不可忽视的多种效应^[55]。

在地球史上的五次生物大灭绝的最初表述中，我们看不到太阳能量的影响，这显然忽视了最重要的环节。其实，长期积累的太阳能量在短期内突然释放是生物大灭绝的主要原因。

《化石能源燃烧加速推动地球生物灭绝》和《火山喷发点燃煤层导致二叠纪生物大灭绝》两小节填补了这一空白，还原了历史的真实过程。太阳能量的长期积累和释放对气候变化和生物大灭绝的贡献终于彰显于大千世界，恢复历史的真实面目。

科学看待全球变暖的时代终于来了！

地球史上的五次生物大灭绝

据科学家探索发现，其实我们所居住和生活的地球已经经历过五次生物大灭绝。

第一次物种大灭绝发生在4亿4千万年前的奥陶纪末期，由于当时地球气候变冷和海平面下降，生活在水体的各种不同的无脊椎动物便荡然无存。

在距今4.4亿年前的奥陶纪末期，发生地球史上第一次物种灭绝事件，约85%的物种灭亡。古生物学家认为这次物种灭绝是由全球气候变冷造成的。在大约4.4亿年前，撒哈拉所在的陆地曾经位于南极，当陆地汇集在极点附近时，容易造成厚的积冰——奥陶纪正是如此。大片的冰川使洋流和大气环流变冷，整个地球的温度下降，冰川锁住水，海平面降低，原先丰富的沿海生态系统被破坏，导致85%的物种灭绝。

第二次大灭绝发生在3.75亿年前，也就是过了不到1亿年，这次灭绝了一半的海洋生物。海洋生物诡异般地大规模消失了，相比之下，陆地生物却几乎毫发无损。

第二次物种大灭绝发生在泥盆纪晚期，其原因也是地球气候变冷和海洋退却。在公元前约3.65亿年的泥盆纪后期，历经两个高峰，中间间隔100万年，发生地球史上第二次物种灭绝事件，海洋生物遭到重创。

第三次大灭绝发生在2.51亿年前，相对于前一次大灭绝，这次也是又过了1亿年，也是史上已知规模最大的一次生物灭绝事件，这一次有70%的陆地生物灭绝了，96%的海洋生物灭绝了。科学家认为，灭绝原因比较复杂，可能是由于火山大规模喷发制造了大量的酸性颗粒和温室气体，不仅妨碍植物的光合作用，还推动全球气温急剧上升。

第四次灭绝发生在2亿年前，和第三次时间只差了5000万年。这一次有50%的物种灭绝了，原因不明，但为恐龙成为地球上生物链的霸主扫清了障碍。

第五次大灭绝相信大家都不陌生，在6500万年前，一颗小行星撞击了尤卡坦半岛，大量灰尘进入大气层，在随后的1年时间内都是遮天蔽日，日照量锐减令植物大批死亡，随着生态系统瓦解，75%的物种惨遭灭绝，其中就包括恐龙。

科学家们确信希克苏鲁伯陨石撞击事件是造成白垩纪至第三纪恐龙大灭绝的原因。希克苏鲁伯撞击事件会引发大规模海啸、地震与火山爆发，撞击产生的碎片和灰尘会造成全球性的风暴，长时期遮蔽阳光，妨碍植物的光合作用，造成生态系统的瓦解，一系列的灾难最终导致全球约17%的科、50%的属、75%的物种灭绝，灭绝事件的规模在5次大灭绝事件中排名第2。

现在的问题是，太阳能量的长期积累和释放对生物灭绝有贡献吗？

过去科学家一致认为，温室气体来自火山喷发和人工排放^[2-3]，如今看来这是一个气候历史的大冤案。

表2  地球自转周期与地质旋回^[2]

光明正大的光合作用与暗无天日的化石燃料爆燃

太阳的光合作用是是地球化石燃料的唯一来源，温室气体通过光合作用变为草木、煤炭、石油、天然气、甲烷、可燃冰等矿物燃料，贮存在大陆和海洋中，被认为是减弱全球变暖的功臣。相反，人类开发化石燃料，产生大量温室气体，被认为是导致全球变暖的罪人。

事实远非如此。越来越多的证据辨明，亿万年积累的缓释燃料一旦被点燃，将导致不可遏止的生物大灭绝。这可以从全球成煤时期与生物灭绝时期的对比中看到答案。

我国煤炭资源形成于六个地质时期情况分别如下：

古生代石炭纪晚期至二叠纪早期：距今约3.20亿年-2.78亿年

古生代二叠纪晚期：距今约2.64亿年-2.50亿年

中生代三叠纪晚期：距今约2.27亿年-2.05亿年

中生代侏罗纪早中期：距今约2.05亿年-1.59亿年

中生代白垩纪早期：距今约1.42亿年-0.99亿年年

新生代第三纪：距今约6550万年-180万年

全球范围内有三个大的成煤期

(1)古生代的石炭纪和二叠纪，成煤植物主要是孢子植物。主要煤种为烟煤和无烟煤。　

(2)中生代的侏罗纪和白垩纪，成煤植物主要是裸子植物。主要煤种为褐煤和烟煤。　

(3)新生代的第三纪，成煤植物主要是被子植物。主要煤种为褐煤，其次为泥炭，也有部分年轻烟煤。煤矿稀薄程度的形成一座煤矿的煤层厚薄与这地区的地壳下降速度及植物遗骸堆积的多少有关。地壳下降的速度快，植物遗骸堆积得厚，这座煤矿的煤层就厚，反之，地壳下降的速度缓慢，植物遗骸堆积的薄，这座煤矿的煤层就薄。

全球范围内有三个大的成煤期与生物大灭绝有很好的对应关系。近期的科研成果不断揭示生物大灭绝与化石燃料爆燃的证据。

相关证据

2.5亿年前地球生物经历大灭绝的野火事件

近日，中科院南京地质古生物研究所的科研人员们发现，当时高强度频发的重大野火事件可能是这场大灭绝的罪魁祸首，相关成果在线发表于《地球科学评论》和《地学前沿》期刊上。

“在这次空前的大灭绝中，约有95%的海洋生物物种和约75%的陆地生物物种快速灭亡，旧的海陆生态系统几乎崩溃。”蔡垚峰介绍，这次大灭绝是地球史上最严重的事件，如果能够找出确切原因，将有助于揭开其他几次生物大灭绝的面纱。

长期以来，关于这次生物大灭绝的原因，全球的科学家们从多个角度展开分析，主流观点认为是火山喷发造成全球环境剧变。“这次史上最大规模的灭绝事件应该是在多种因素的影响下发生的，至于各因素之间的关联性，尚有待探索。”

新疆大龙口剖面位于新疆准噶尔盆地南缘，地层发育良好，以富产古脊椎动物和古植物化石而著称。科研团队对这里的炭屑化石及有机碳同位素等开展了详细研究，发现火山活动与野火事件存在关联性。

“野火是指发生在荒原、山地、森林等地区的以植被为主要燃料的自然大火，自植物出现以来，野火就一直存在。”蔡垚峰分析，距今约两亿多年前，在全球范围内曾频繁发生重大的野火事件，这些野火活动产生的各方面影响与生物的演化进程有密不可分的关联。

你可能会想，如何知道当时发生过野火呢？其实，野火烧过的痕迹就算是埋了几亿年，科学家们还是能扒出些蛛丝马迹。

“掩埋在地底的炭屑，能够还原早在人类出现前的地球面貌，这是曾经发生过野火的最直接证据。炭屑含量越高，野火强度越大。”科研团队在新疆大龙口剖面发现丰富的炭屑，且由底至顶炭屑丰度增加。这一发现证明该地区在两亿多年前曾频繁发生野火事件，并有愈演愈烈的趋势。他们还发现，当地曾发生过森林衰退的现象，而野火事件可能是导致该现象发生的直接原因。

“研究表明，火山活动驱使野火事件强度的增加，而且野火活动和陆地生态系统在当时的协同变化模式可能是全球性的。”科研人员们分析，两亿多年前全球气候干旱，导致野火事件频发。野火在该时期对植被的干扰和影响到达顶峰，并在短时间内快速摧毁了原有的陆地植被系统。之后野火活动便因失去燃料进入了贫乏期，直到植被系统的逐渐复苏。

http://www.xdkb.net/p1/207537.html

Geology：2.5亿年前火山喷发曾毁灭全球森林

英国科学家的最新研究称，在距今大约2.5亿年前，大规模火山喷发毁灭了全球的森林，使得地球到处是以树木为食的真菌。

这项研究证实，即便是生命力极强的树木，也未能在二叠纪物种大灭绝事件的浩劫中幸免，那也是已知地球上最具破坏性的物种灭绝事件之一。在这次灭绝事件中，超过95%的海洋生物物种和70%的陆地生物物种从地球上永远消失，它们极有可能毁灭于集中在当今西伯利亚一带的长期火山喷发喷射的有毒气体。

研究结果刊登在最新一期《地质学》(Geology)杂志上^[4-6]。

https://www.163.com/dy/article/FSE687EN05149AIR.html

    化石能源燃烧加速推动地球生物灭绝

     发生在大约2.52亿年前的二叠纪-三叠纪生物大灭绝，在短短几万年的时间里，使96%的海洋生物和约70％的陆地生命从地球上永远消失。

当时，位于如今西伯利亚地区的古老火山喷出了大量岩浆，覆盖了相当于美国表面积三分之一甚至一半的土地，这一过程持续了大约一百万年。然而，火山爆发不是导致大灭绝的根本原因。

据两个独立的科学家团队发布的最新研究论文，正是由于西伯利亚火山岩浆燃烧了大量地下石油和煤炭沉积物，燃烧过程中释放出二氧化碳和甲烷等温室气体，进而导致了大灭绝的发生。日本东北大学的地球化学家Kunio Kaiho团队发现两起火山爆发事件与二叠纪末陆地与海洋生物灭绝时间吻合。而苏格兰圣安德鲁斯大学生物地理化学家Hana Jurikova团队在大灭绝边界的贝壳化石中发现了海洋酸化的证据，证实了化石燃料燃烧和温室气体释放造成海洋酸化，从而导致珊瑚等海洋生物溶解死亡。

这些研究发现进一步证实了气候变化对地球生命的影响。如果将大灭绝与如今全球变暖进行类比，大灭绝期间排放的温室气体总量远远超过人类产生的温室气体。然而，当时火山释放出二氧化碳的速度比今天人类的排放速度要慢14倍。因此，我们目前每年燃烧产生的碳量比大灭绝时期的任何时候都高得多。如果不能遏制温室气体排放，未来气候变化对生物的严重影响或许可以预见。

https://www.163.com/dy/article/FSE687EN05149AIR.html

火山喷发点燃煤层导致二叠纪生物大灭绝

关于二叠纪绝灭事件原因的研究有很多，卡尔加里大学的研究者最近称是火山的大规模喷发点燃了大量的煤层，从而产生了大量浮灰团，对全球海洋产生了广泛的影响。

2.5亿年前地球经历了史上最大的一次生物绝灭事件，期间95%的海洋生物和70%的陆地生物都没有逃脱绝灭的命运。

关于此次绝灭事件原因的研究有很多，卡尔加里大学的研究者最近称他们找到支持火山喷发说的证据。研究者在加拿大北极地区的二叠纪末绝灭事件的岩石中发现了煤灰层的存在，这表明当时火山的大规模喷发点燃了大量的煤层，从而产生了大量浮灰团，对全球海洋产生了广泛的影响。

早期也有研究者猜测，西伯利亚的史上最大规模火山喷发可能在经过煤层的时候产生了大量的温室气体，而导致全球变暖。但卡尔加里的研究者却是第一次发现了支持这一说法的直接证据。

毁灭事件发生时，全球存在一个超级大陆盘吉亚（Pangaea），盘吉亚上从沙漠到森林都有，四足动物在其中逐渐分异出原始两栖类、爬行类、和羊膜类动物。火山喷发发生在西伯利亚地盾，这是一片比欧洲还大的地域，火山喷发产生的灰尘团漂移到加拿大极区，形成了研究者现在发现的煤灰层。

这些煤灰可使地球产生温室效果，更可怕的是，它还能降低海洋中的氧气含量，从而使生物窒息而亡。二叠纪末真的是地球上最艰难的一段时期，火山喷发产生的热熔岩、有毒气体、煤灰等多种因素共同导致了大绝灭事件的发生。

https://tech.qq.com/a/20120117/000232.htm

http://www.nigpas.cas.cn/kxcb/kpwz/201101/t20110125_3067150.html

揭秘：2.5亿年前全球90%物种灭绝之谜

由德国地学研究中心的地球动力学建模人员、法国格勒诺布尔大学的地球化学家、德国马克斯普朗克研究所和俄罗斯科学院的研究人员组成的一个国际研究小组，对西伯利亚地盾(Siberian traps)火山大爆发和地球史上规模最大的生物大灭绝的关系发表研究报告表达了新看法。研究报告发表在在最近一期的《自然》杂志上。

　　西伯利亚地盾位于俄罗斯西伯利亚。西伯利亚地盾的形成时间，介于二叠纪与三叠纪之间，约2.51亿年前到2.5亿年前，与二叠纪-三叠纪灭绝事件的时期相符合，那也正是地球最暖的时期。西伯利亚地盾火山爆发持续约一百万年，是过去5亿年来，已知最大型的火山爆发之一。

　　西伯利亚地盾火山喷出的岩浆面积高达7百万平方公里，接近澳大利亚的面积。西伯利亚地盾火山可能已向空中喷射多达100万亿吨的碳(人类每年排放到大气中的碳约为80亿吨)，这足以造成全球气候灾难。

　　研究人员认为，西伯利亚地盾火山连锁爆发引发煤炭燃烧，造成地球变暖，火山灰中含有的有毒物质逐渐渗入到陆地和水中，导致生物中毒而死，造成地球早期历史中生物大规模灭绝。

http://www.qulishi.com/news/201701/159696.html

澳大利亚一次森林大火的预演

2019年7月8日开始，澳大利新南威尔士州爆发了山火，由于当地天气的炎热，加上澳大利亚政府的救援不力，很快整个澳洲燃起了大火。山火像恶魔一样吞噬着澳大利亚的森林和草地，一直持续了整整7个月。

在这场大火中，大约400公顷的土地被烧毁，十亿野生动物死于大火，连澳洲的考拉也死了百分之三十，此外，鸭嘴兽直接成为了濒危动物。在七个月的燃烧期中，澳大利亚有33个人死于大火。而更为可怕的是，这场大火所造成的生态危害。

从小的方面来说，澳大利亚当地的物种生态得到大肆的毁灭，势必会造成当地各种的生态负面影响。一米长的蝙蝠开始进入城市，堪培拉、墨尔本的天空被大火染成了红色，城市中充满了灰烟。

最让人担忧的是，南极洲和澳洲的距离十分的近，七个月的大火，让本来就温室效应的世界气候变得更加的高温。常年堆积冰川的南极洲由于全球变暖，使得大量的冰川融化，冻土苏醒。全球的水平面急剧的增长，据科学家研究发现，在南极洲发现了很多的远古病毒。这些病毒都是被封印进去的，如今气候变暖，自然也是开始慢慢的苏醒。

https://new.qq.com/omn/20200104/20200104A056FD00.html

科学家表示，2021年7月是2003年开始有卫星记录以来全球山火最严重的7月。在北美洲、西伯利亚、非洲和欧洲南部，山火持续肆虐。

2021年7月全球各地的山火共释放出343兆吨碳，比2014年出现的上个7月全球峰值高出约五分之一。

欧盟哥白尼大气监测局资深科学家马克·帕林顿说：“自2003年我们开始有记录以来，今年7月的（山火碳排放）全球总量是最高的。”

https://new.qq.com/rain/a/20210808A07C9O00

5 讨论和结论

火山喷发出的火山灰能够遮蔽阳光，具有致冷作用；火山喷出的温室气体——CO₂和水汽具有致热作用。特别值得指出的是，海底火山喷发经过海水过滤，不仅能释放出海洋中的温室气体，而且能使大气和海洋同时增温。温室效应只有增温效应，模拟计算表明，二氧化碳不是造成古气候峰值唯一原因。

近一亿年间海洋底层水冷却了摄氏15℃，大气冷却了10-15℃^[56]，而第四纪冰期到来之时，海洋底层水温度为0℃^[58]，目前为2℃。这表明全球温暖期对应海洋底层水的高温期，全球大冰期对应海洋底层水低温期，海洋底层水是地球储存“冷能”的仓库^[23]。新洋壳生成和海底火山活动引发的海温升高和海水中CO₂释放在全球气候变化中的作用不容忽视，这是人为温室效应所不能达到的。

大陆分散在赤道产生极热气候，大陆集中在两极会形成极冷气候。石炭二叠纪大冰期时大陆集中在南极，第四纪大冰期时大陆向北极附近集中。陆海分布影响全球气候^[57]。德雷克海峡通道的打通是在始新世和渐新世完成的，是气候变冷的主要原因^[58-60]。忽略陆海分布、构造运动、地核能量积累、海底火山活动和洋壳产量对海温变化的影响，简单地以大气温室气体浓度来判定全球气温变化将产生巨大的误差^[61,]。

温室效应仅仅是导致全球变暖的一种因素，海洋底层温度变化是大气温度变化的可靠前兆。研究表明，全球温暖期对应海洋底层水的高温期，全球大冰期对应海洋底层水低温期，海洋底层水是地球储存“冷能”的仓库，如果海洋底层水温度没有提高到一亿年前的水平，全球就不会重现中生代白垩纪的高温期，强潮汐和强震会不断用海底冷水来冷却大气，使气候变冷。海洋底层温度变化是全球气候变化的晴雨表，地球内部能量释放、海水温度和全球气候的相关性，使我们有可能通过海底温度的变化预测全球气候长期变化^[62]。

表3  火山活动峰值与全球无冰期对应，而谷值与大冰期对应^[62]

改写全球气候历史和生物灭绝历史的重大事件

发生在大约2.52亿年前的二叠纪-三叠纪生物大灭绝，在短短几万年的时间里，使96%的海洋生物和约70％的陆地生命从地球上永远消失。由于西伯利亚火山岩浆燃烧了大量森林、地下石油和煤炭沉积物，燃烧过程中释放出二氧化碳和甲烷等温室气体，进而导致了大灭绝的发生。澳大利亚山火就是一次未来大灭绝的预演。

与西伯利亚暗色岩类似，德干暗色岩也发生在大陆，因此可以加速化石燃料燃烧和温室气体超级排放，造成恐龙灭绝重大事件。小行星撞击扩大了这一事件。

这表明，太阳能量的长期积累和释放参与和扩大了全球变暖，温室气体和全球变暖的一致性，根源在太阳能量的长期积累和释放，元凶就是太阳能量积累和光合作用的逆反应^[1-2,7-8]。

      人类的出现可能改变这一自然规律：化石燃料就是大陆和海洋内的火药桶，超级火山爆发就是导火索，人类开发化石能源，铲除了大陆和海洋内的火药桶，避免了下次超级火山引发的温室气体超级排放，阻止下一次生物大灭绝，变天灾为人类福祉与天人和谐，这应该是天大的好事。

      要温室气体的爆炸式超级排放，还是要温室气体缓慢式人工排放，人类必须做出正确的抉择。

      温室气体减排有利有弊：短期可以维持现状，但不过是扬汤止沸；长期留下后患，造成更严重的生物大灭绝。人类开发化石能源，铲除了大陆和海洋内的火药桶，这才是釜底抽薪。

温室气体循环路线图：太阳光合作用将太阳能量和二氧化碳贮存在草木、甲烷和化石燃料矿藏之中，超级火山喷发点燃草木、甲烷和化石燃料，向大气释放出积累的太阳能量和温室气体，导致全球变暖和生物灭绝（高温型）；酸雨清洗大陆，将温室气体带入海洋，导致海洋酸化和岩石圈碳酸钙积累，引发大气温室气体降低、生物灭绝（低温型）和气候变冷（参见海底藏冷效应和海底温室气体贮存效应）。

一个明显的规律是，温室气体在温暖时期集中在大气，在寒冷期集中在海洋和岩石圈。石炭二叠纪成煤期与生物大灭绝有很好的对应关系。

温室气体的大规模积聚和排放与太阳能量的长期积累和释放同时进行。人类忽视了后者，夸大了前者。 

总之，碳中和要比控制碳排放更科学。人类在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，以抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳“零排放”。这是人类与自然和谐共生的明智之举。

参考文献

1.       Rosanne D'A, Rob W, Alexander T. The impact of volcanicforcing on tropical temperatures during the past four centuries. NatureGeoscience, 2009, 2: 51-56.

2.       Michael C. Two major volcanic cooling episodes derivedfrom global marine air temperature, AD1807~1827. Geophysical Research Letters,2001, 28(15): 2963~2966.

3.       Randel W J, Wu F, Russell I J, et, al. Ozone andtemperature changes in the stratosphere following the eruption of Mount Pinatubo. Joural of Geophysical Research, 2000,38(2):191~219.

4.       Miller, G. H., Geirsdóttir á, Zhong Y F, etal. Abrupt onset of the Little Ice Age triggered by volcanism and sustained bysea-ice/ocean feedbacks, Geophys. Res. Lett., 2012, 39:2708~2712.

5.       杨君, 刘立波, 陈一定, 乐会军. 赤道地区电离层foF2在第23/24太阳活动周极低年期间创造了极低纪录?.  地球物理学报,2012,(9): 2826-2834,doi: 10.6038/j.issn.0001-5733.2012.09.002

6.       马宗晋, 杜品仁. 现今地壳运动问题. 北京:地质出版社, 1995. 10, 99-102.

7.       任振球. 全球变化. 北京: 科学出版社, 1990. 25, 26, 60-88.

8.       李明启，靳鹤龄，张洪。小冰期气候的研究进展。中国沙漠。2005, 25(5) ：731-737.

9.       BorisK, Vladimir K, The sunspot activity in the last two millennia on the basis ofindirect and instrumental indexes: Time Series Models and their extrapolationsfor the 21^st Century. In: A. V. Stepanov, E. E. Benevolenskaya andA. G. Kosovichev, eds. 2004 International Astronomical Union, Muti-wavelengthInvestigations of Solar Acitivity Proceedings IAU Symposium No.223,2004.113-114.

10.     Beer J, Tobias S and Weiss N. An active sunthroughout the Maunder Minimum. Solar Phys. 1998, 181(1): 237~249.

11.     Hoyt D and Schatten K. Group sunspotnumbers: a new solar activity reconstruction. Solar Phys. 1998, 181(2):491~512.

12.     Komitov B P and Kaftan V. Solar activityvariations for last millennia. Will the next Long-Period Solar Minimum beformed? Geom and Aeron. 2003, 43: 553.

13.     张振克，王苏民，吴瑞金。小冰期气候变化的影响因素及其对未来气候的启示。自然杂志。2000，22（3）：173~176.

14.     杨学祥. 对冰期和小冰期气候变化因素的探讨. 自然杂志. 2000,22（6）：358~362.

15.     曲维政，黄菲，杜凌，等。火山活动的周期性及其在若干气候要素中的反映。地球物理学报。2011, 54(3)：643-655.

16.     刘若新，李继泰，魏海泉。长白山天池火山——一座具潜在性喷发危险的近代火山。地球物理学报。1992，35（5）：661~665.

17.     徐群。近百年北半球中纬度火山灰尘幕指数的估量。地球物理学报。1985，28（6）：558~568.

18.     Cole J, Mosley T E, Wight S P, et al.A4100-year record of explosive volcanism from an East Antarctica ice core. Journal of Geophysical Research,2000,105:24431~24441.

19.     Sarah I,Adam A. S, Jeff R. K,et al.Solarforcing of winter climate variability in the Northern Hemisphere.NatureGeoscience,2011, 4: 753–757.

20.     E. Friis-Christensen, K. Lassen. An Indicatorof Solar Activity Closely Associated with Climate. Science, 1991, 254(5032): 698– 700.

21.     汤懋苍,柳艳香,郭维栋.　天时、气候与中国历史(Ⅰ):太阳黑子周长与中国气候.高原气象. 2001，20（4）：368-373.

22.     Keeling C D, Whorf T P. The 1800-yearoceanic tidal cycle: A possible cause of rapid climate change. PNAS, 2000, 97(8): 3814-3819.

23.     杨冬红，杨德彬，杨学祥。地震和潮汐对气候波动变化的影响。地球物理学报。2011，54（4）：926-934.

24.     Cochran E S, Vidale J E, Tanaka S. EarthTides Can Trigger Shallow Thrust Fault Earthquakes [J]. Science, 2004, 306:1164-1166.

25.     杨学祥, 韩延本, 陈震等. 强潮汐激发地震火山活动的新证据. 地球物理学报, 2004,47(4): 616-621.

26.     Métivier L, DE Viron O,Conrad C P, etal.Evidence of earthquake triggering by thesolid earth tides [J]. Earth and Planetary Science Letters, 2009, 278(3-4):370-375.

27.     郭增建, 郭安宁, 周可兴. 地球物理灾害链. 西安地图出版社, 2007. 111~114, 146~158

28.     郭增建. 海洋中和海洋边缘的巨震是调节气候的恒温器之一. 西北地震学报, 2002, 24(3): 287

29.     杨冬红, 杨学祥, 刘财. 2004年12月26日印尼地震海啸与全球低温. 地球物理学进展, 2006, 21(3): 1023-1027.

30.     杨冬红,杨学祥. 海洋中和海洋边缘巨震是调节气候恒温器理论的检验[J]. 西北地震学报. 2005, 27(1): 96.

31.     杨冬红,杨学祥.全球变暖减速与郭增建的“海震调温假说”[J].地球物理学进展.2008, 23 (6): 1813～1818.

32.    Richard A. Kerr. End of the Sunspot Cycle? 2011-6-14,Follow ScienceNOW on Facebookand Twitter. http://news.sciencemag.org/sciencenow/2011/06/end-of-the-sunspot-cycle.html

33.    Yu Kosaka, Shang-Ping Xie. Recentglobal-warming hiatus tied to equatorial Pacific surface cooling. Nature. 2013, 501:403–407.

34.    杨冬红, 杨学祥. 北半球冰盖融化与北半球低温暴雪的相关性研究[J].地球物理学进展.2014, 29 (1): 610～615.

35.    杨学祥, 陈殿友. 火山活动与天文周期. 地质论评, 1999, 45(增刊): 33-42.

36.     Coffin M F, Eldholm O.Large igneous provinces . Scientific American, 1993, 269(4): 26-33.

37.     汪品先，翦知湣。寻求高分辨率的古环境记录。第四纪研究。1999，（1）：1~17.

38.     Sarah J. Feakins, Sophie Warny, Jung-EunLee. Hydrologic cycling over Antarctica duringthe middle Miocene warming. Nature Geoscience, 2012; DOI: 10.1038/ngeo1498

39.     RichardE. Z, James C. Z，GeraldR. D. Carbon dioxide forcing alone insufficient to explain Palaeocene–EoceneThermal Maximum warming. Nature Geoscience 2, 576 - 580 (2009)doi:10.1038/ngeo578

40.     Engel A E J, Engel C G. Continention accretionand the evolution of North America. In:Advancing Frontiers in Geology and Geophysics. Indian Geophysical Union. 1984.

41.     Larson R L. Geological consequences ofsuperplumes. Geology, 1991. 19: 963~966.

42.     Whyte M A. Turning points in Phanerozoichistory. Nature, 1977, 267: 679-682.

43.     叶淑华. 人类对地球的新认识. 科学, 1999, 51(1):25-29.

44.     徐道一，杨正宗，张勤文，等。天文地质学概论。北京：地质出版社，1983。51

45.     杨冬红, 杨学祥. 灾害频发和地磁减弱的关系.世界地质, 2011, 30(3): 474-480.

46.     杨冬红, 杨学祥. 地球自转速度变化规律的研究和计算模型. 地球物理学进展, 2013，28（1）：58-70。

47.     Song X D, Richards P G. Seismological evidencefor differential rotation of the Earth’s inner core[J]. Nature, 1966, 382: 221-224.

48.     杨学祥，陈殿友. 地核的动力作用[J]. 地球物理学进展，1996， 11（1）： 68-74.

49.     杨学祥，张玺云. 热幔柱的启动动力[J]. 世界地质，1996，15（2）：68-74.

50.     杨学祥, 陈震, 刘淑琴等. 地球内核快速旋转的发现与全球变化的轨道效应. 地学前缘, 1997,4(1): 187-193.

51.     杨学祥, 陈殿友. 地球差异旋转动力学. 长春: 吉林大学出版社, 1998, 2, 27-33,79,120-122, 196-198.

52.    AndreasProkoph, Hafida El Bilali, Richard Ernstb. Periodicitiesin the emplacement of large igneous provinces through the Phanerozoic:Relations to ocean chemistry and marine biodiversity evolution. GeoscienceFrontiers. Available online 24 August 2012.

53.     MichaelR. Rampino, Andreas Prokoph. Are Mantle Plumes Periodic? Eos, TransactionsAmerican Geophysical Union. 2013, 94(12):113–114.

54.     J. Houghton. 全球变暖. 北京: 气象出版社,1998. 30. J. Houghton. Global warming. Beijing: MeteorologicalPress,1998. 30.

55.   杨冬红，杨学祥. 全球气候变化的成因初探. 地球物理学进展. 2013, 28(4): 1666-1677.

56.     Claude J A, Stephen H S. The evolution ofthe earth. Scientific American, 1994,271(4): 44-51.

57.     李四光. 天文、地质、古生物资料摘要. 北京: 科学出版社. 1972. 66.

58.     FrakesL A, Climates throughout geologic time. Elsevier Scientific Publishing Company.Amsterdam—Oxford—New York, 1979. 182,192, 200, 223, 315.

59.     Van Andel T H, Heath G R, Moore T C.Cenozoic history and paleooceanography of the central equatorial Pacific Ocean. Geol. Soc. Am., Mem., 1975, 143: 134.

60.    杨冬红, 杨学祥. 澳大利亚夏季大雪与南极海冰三个气候开关. 地球物理学进展,2007, 22(5): 1680-1685.

61.    杨学祥, 张中信, 陈殿友, 等. 地核能量的积累与释放. 地壳形变与地震.  1996, 16(4):85-92. Yang X X, Zhang Z X, Chen D Y, et al.杨学祥, 陈殿友. 热幔柱构造与地核热能.  地壳形变与地震.1996, 16(1):27-36.

62.    杨冬红, 杨学祥. 地球自转速度变化规律的研究和计算模型. 地球物理学进展,2013，28（1）：58-70。