奥陶纪–志留纪过渡期是地质历史关键转折期，该时期发生了一系列的地质事件，包括火山活动、冰期、上升流以及显生宙首次生物大灭绝事件（第二规模大的生物灭绝）。这些事件之间相互作用、相互影响，对古气候、海平面变化以及古海洋环境产生了重大影响。尽管仍不清楚谁扣响了这一连串地质事件的扳机，但火山活动起到了关键作用。全球性火山活动产生的火山气体、火山灰等地球深部物质在短时间内输入地表系统，引发大气、陆地及海洋环境剧烈变化。全球范围看，奥陶纪–志留纪之交富有机质页岩的大规模发育，火山活动起到了关键作用。但是，火山活动对古沉积环境的影响过程、与冰期及生物大灭绝的关系以及对有机质埋藏过程的影响不清楚。因此，理解奥陶纪–志留纪过渡期火山活动及有机碳高效埋藏过程，为深时记录碳循环、圈层相互作用及其环境效应提供证据支撑，也为探究全球气候变化提供新的思路
图1. 扬子地区晚奥陶系–早志留系斑脱岩厚度及数量分布图
斑脱岩层数和厚度分布结果以及Y–Nb图解、Nb/Y–TiO2图解、Y+Nb–Rb图解、Hf/3–Th–Ta图解数据指示扬子地区奥陶纪–志留纪之交的火山灰主要来源于扬子板块与华夏板块汇聚边界的再活化，也有部分来源于冈瓦纳大陆与华南地块碰撞，少部分来源于北方古秦岭洋向华北地块俯冲（图1）。在450–445 Ma，冈瓦纳大陆挤压洋壳向华南地块俯冲，洋壳俯冲产生镁铁质岩浆，扬子板块–华夏板块之间发生再活化出现花岗质岩浆，古秦岭洋洋壳处于向华北地块俯冲高峰期，洋壳发生部分熔融。445–435 Ma，古秦岭洋洋壳继续向华北地块俯冲，冈瓦纳大陆与华南地块碰撞，仅在地幔下方残留部分镁铁质洋壳与华南地块内部板块边界再活化产生的花岗质岩浆混合。435–390 Ma，古秦岭洋洋壳继续向北俯冲，华南地块内部因洋壳板块俯冲的拆沉作用导致出现大量花岗质岩浆和少量镁铁质岩浆（图2）。
图2. 奥陶纪–志留纪过渡期扬子地区斑脱岩物质来源示意图
火山活动将大量地球深处物质带到地表，这些火山物质的风化过程及风化产物对沉积环境的长期影响是不可忽视的（图3）。短期小规模的火山活动对海洋环境的影响可能会由海洋的庞大体量与较强的自我修复能力抵消，但密集的火山活动对生态环境持续破坏可能会逐渐增加生态系统的自我修复压力，最终对生态系统造成毁灭性破坏。
图3. 扬子地区晚奥陶世–早志留世火山活动与冰期、生物大灭绝、上升流的关系
火山活动向扬子海输入大量生命元素，与上升流一并加快有机质富集，形成高生物硅含量、高TOC的黑色页岩。火山岩风化为海洋带来了巨量的P，伴随着N、Fe、Zn等生物生长发育所需的生命元素输入，触发了晚奥陶世海洋生物的繁盛，生物量快速增加，消耗更多的海洋与大气CO2，并被埋藏到富有机质页岩中。封存了约22.4倍现今大气碳库量；另一方面，也可以说火山活动释放进生态系统的含碳气体促进了有机质的形成（图4）。
图4. 扬子地区晚奥陶世–早志留世五峰组-龙马溪组沉积模式
研究成果近期发表在地学领域国际重要期刊Geological Society of America Bulletin和Geoenergy Science and Engineering。论文第一作者为中国石油大学（华东）的梁超教授、中国石油大学（华东）的博士生谢浩然。合作者包括中国石油大学（华东）的郝芳教授、操应长教授、刘可禹教授以及山东科技大学吴靖教授、中国石油大学（华东）的博士后韩豫、硕士生刘雨迪、赵梓龙。
论文信息：Liang Chao, Xie Haoran, Wu Jing, Cao Yingchang, Han Yu, Liu Keyu, Hao Fang, 2024. Volcanic activity driving rapid organic carbon burial during the Ordovician−Silurian transition. GSA Bulletin, https://doi.org/10.1130/B37946.1
Xie Haoran, Liang Chao, Wu Jing, Cao Yingchang, Han Yu, Liu Yudi, Zhao Zilong, 2023. Multiple geological events controlling rock types development: A case study of Wufeng-Longmaxi formation in southern Sichuan Basin, China. Geoenergy Science and Engineering, 227: 211826. https://doi.org/10.1016/j.geoen.2023.211826
