火山活动是联系地球内部和地表系统的重要方式。火山活动将地球深处物质带到地球表面，致使气候、海洋水体性质(盐度、营养物质、氧化还原性等)、陆源物质输入等环境因素变化，破坏其生态系统稳定性，引发环境剧变。进而可能导致生物种属及基因多样性快速下降，引发生物灭绝。火山活动结束后生态逐渐修复，不同规模火山活动对地球表层环境（包括气候、温度、生物等）的影响过程和机制较为复杂，且存在不同尺度的影响效应。
火山活动作为可以快速引起生态环境变化的地质事件，精确定位其对沉积环境的影响时限、尺度及明晰其对沉积环境的后续影响是十分有必要的。本研究通过分析地质历史时期42个大火成岩省事件/火山事件的608个环境扰动时限调研结果，联系扬子地区晚奥陶世–早志留世火山活动，利用米级尺度、厘米级尺度与微米级尺度的微量元素含量及其比值、TOC含量、TS含量碳同位素组成和AMICS矿物含量变化所指示的古气候、古盐度、古生产力、水体氧化还原条件变化，以确定火山活动后的沉积环境响应的时限及尺度。
图1. 地质历史时期火山活动造成的气候、硅酸盐岩风化、初级生产力、大洋缺氧、碳同位素偏移、生物大灭绝的时限及环境恢复时限
通过晚奥陶世–早志留世分析米级尺度、厘米级尺度环境指标变化和微米级尺度的矿物含量变化结果发现，米级尺度上，沉积环境的恢复时限为1947.42 kyr。厘米级尺度下，火山活动之后的沉积环境的恶化时限为0.328–0.984 kyr，平均值为0.586 kyr。沉积环境的恢复时限为0.410–2.541 kyr，平均值为1.407 kyr。微米级尺度下，火山活动之后的沉积环境的恶化时限为0.029–0.082 kyr，平均值为0.053 kyr。沉积环境的恢复时限为0.044–0.209 kyr，平均值为0.151 kyr。地质历史时期每次生物大灭绝的主要灭绝阶段持续时间大多＜1000 kyr，最短达几十kyr。凯迪期密集的火山活动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。从时间跨度约10 Myr的扬子地区五峰组–龙马溪组地层沉积演化来看，晚奥陶纪–早志留世频繁发生的火山活动引发生态环境快速变化，生物无法及时适应，导致大量生物种属消失。
图2. 火山活动与沉积环境变化及地质事件关系
研究成果近期发表在地学领域国际重要期刊Geological Society of America Bulletin。论文第一作者为太阳成tyc7111cc的博士生谢浩然，通讯作者为太阳成tyc7111cc的梁超教授、山东科技大学的吴靖教授。合作者包括太阳成tyc7111cc的郝芳教授、操应长教授、刘可禹教授以及太阳成tyc7111cc的博士后韩豫。
论文信息：Xie Haoran, Liang Chao, Wu Jing, Cao Yingchang, Han Yu, Liu Keyu, Hao Fang, 2026. Time scales and magnitudes of environmental responses to volcanic activity in the deep-time record. Geological Society of America Bulletin https://doi.org/10.1130/B38369.1
