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西伯利亚曾演超规模火山爆发 致地球物种大灭绝

http://www.kexue.com 2013-12-24 11:15:12 中国科学报  发表评论


西伯利亚暗色岩中形成的瀑布

  在20多年的尝试后,研究人员宣称,史上最大物种灭绝的罪魁祸首是西伯利亚的大规模火山爆发,这一场物种大灭绝摧毁了地球上90%的海洋物种。研究人员在近日的美国地球物理联合会秋季会议上发布报告,表示其关键证据来自于地质年代学家将最新技术应用于火山喷发的玄武岩,以及围绕约2.52亿年前灭绝的生物化石的岩石。

  “我对这个非常明确的年代测定证据感到很兴奋。”美国纽约拉蒙特-多尔蒂地球观测站的古生物学家Paul Olsen说,“这表示西伯利亚火山喷发导致了大灭绝。”现在的问题是火山活动引起物种灭绝的多种可能方式中的哪一种起到了实际作用。

  在20多年前,由于西伯利亚暗色岩的年代和巨大形状,研究人员将目光投向了它,这是一种大型的火山景观。在地球历史上一次最大的火山爆发中,喷发的岩浆流到欧洲西部,平铺在西伯利亚地区数百万立方公里的玄武岩上。地质年代学家通过小锆石晶体中缓慢却稳定的铀-238和铅-206放射性衰变测量时间,发现这次火山喷发持续了约200万年,发生的时间大概是大灭绝时期——二叠纪—三叠纪(P-T)边界期间,即二叠纪结束和三叠纪开始时。但是没有方法可以确定火山喷发是否在大灭绝之前发生并引起了大灭绝。

  在过去10年里,地质年代学家继续改善其测量技术。他们开发了一种方式侵蚀溢出一些铀和铅的锆石晶体的一部分,重置其放射时钟。他们还改进了校准同位素测量的方法,并使用相同的技术在一个实验室中对火山爆发和物种灭绝时期的岩石进行年代确认。

  麻省理工学院(MIT)的地质年代学家Seth Burgess和Samuel Bowring将这些改进应用于暗色岩以及中国眉山的含有P-T边界的岩石上。结果是,“我们可以说,是的,岩浆流动发生在大灭绝之前。”Burgess如是说。研究团队认为火山最初爆发的时间是2.5282亿年前,不确定的范围浮动约为3.1万到11万年。这证明火山爆发和灭绝事件以适当的先后顺序发生,且年代接近程度足以存在因果关系。

  现在,研究人员可以专注于分析火山爆发导致大灭绝的可能机制了。在此次会议上,中国科学院南京地质古生物研究所古生物学家沈树忠称,有一种假设应该不成立:火山喷发中的二氧化碳所引起的气候骤然变暖。沈树忠在报告中表示,对大灭绝时期沉积物中热敏氧同位素的分析显示存在8℃到10℃的气候变暖情况。但是,中国南方广西省的岩石却表明,这种变暖是在大灭绝之后不久发生的,于是排除了气候在引起大灭绝中的作用。

  沈树忠表示,特别详细的中国南方化石记录表明,大灭绝持续的时间“很短,只有几千年”,这种速度能够支持其他可能的机制,包括火山喷发过程中二氧化硫的排放导致的酸雨。MIT的大气建模科学家Benjamin Black和同事报告称,15亿吨的二氧化硫注入到二叠纪气候的计算机模型中,会将北半球的降雨酸化至pH2,大约是柠檬汁的酸度。他表示,这对于暴露的植物和每种依赖于雨水的动物都是灾难性的。

  火山喷发也许会引发毒性煤火灾。加拿大卡尔加里大学地质调查所的地质学家Stephen Grasby和同事发现,在P-T边界时期之前沉积于加拿大北极地区的页岩中存在微小的碳质颗粒。这些颗粒与燃煤电厂产生的粉煤灰有着惊人的相似之处。Grasby和同事认为,其结果一定是巨大的地下燃煤式金属灰进入平流层,从而使有毒的碎片撒落在北半球。实际上,Grasby和同事发现,含有金属灰的每层岩石中汞含量都极高,远高于P-T边界时期岩石中的汞丰度。

  既然地质年代学家已经改善了其工具,他们就希望在其他大灭绝事件中测试其对火山活动起作用的猜测。2.01亿年前大西洋形成时的巨大火山爆发与恐龙大灭绝的时间有重叠,不过其发生顺序尚不确定。其他几个可能的事件也在等待检测。

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