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超级火山有多可怕?两亿年前,地球一半生命毁于一旦

现代快报讯(实习生 杨欣桐 记者 阿里亚)大约在两亿年前,一次生物大灭绝事件摧毁了过半的地球物种,为恐龙崛起铺平了道路。至于原因,科学界推测可能是大规模的火山喷发。火山持续喷发向空气释放大量的二氧化碳,并让陆地逐渐风化。

△火山爆发

那么,事实果真如此吗?近日,中科院南京地质古生物研究所研究员王永栋团队与国内外科研人员合作发现了确凿证据,表明火山活动是陆地风化和碳循环波动的主要诱因。相关研究成果发表在《自然—通讯》上。

80% 的海洋生物灭绝,由火山喷发导致

46 亿年的地球,发生过 5 次生物大灭绝。其中,三叠纪 - 侏罗纪之交的生物大灭绝发生在距今大约两亿年前。" 这场灾难让 80% 的海洋生物物种灭绝,陆生植物和四足动物受明显影响。" 王永栋说。当时,一些生物类群完全消失,腾出了广阔的生存空间。恐龙就是从这个时候开始了它们称霸地球的征程。

△约 2 亿年的晚三叠世全球古地理图

几十年来,科学家们一直试图了解是什么导致了这次灭绝事件,理论原因包括小行星或彗星撞击、地球演化和周期的逐渐变化以及火山喷发等。

巧合的是,与这次大灭绝事件几乎同时发生的还有大规模的陆地大火成岩省——中大西洋火成岩省喷发事件。一说起 " 省 ",大家的第一反应都是行政区域。实际上," 大火成岩省 " 不是一个省,而是指由火成岩所构成的巨型岩浆岩建造。

" 这次的火山喷发主要发生在近 60 万年的时间内,形成了横跨北美和邻近联合大陆地区的大规模岩浆沉积。" 中国地质大学(武汉)研究员沈俊介绍,虽然这次 " 超级火山事件 " 喷发时间短,但是岩浆沉积面积广,体积大。" 虽然现在已经过去了两亿年,但它的体积还是很大,在南北美洲和非洲等地都有分布。"

因为火山喷发和大灭绝的时间重合,研究人员们想到了之间的因果关系。" 这次超级火山事件是引起此次生物大灭绝的主要原因,并导致了一系列气候和生态环境的剧变和扰动。" 沈俊告诉现代快报记者,火山爆发释放了巨量的二氧化碳,当时的二氧化碳浓度是现在的 10 倍。

作为 " 温室杀手 ",这些巨量二氧化碳就像瓶中逃出来的恶魔一样,造成气候变暖、海洋缺氧和海水酸化 …… 这些变化又进一步增加岩石的化学风化速度。

寻找证据,汞元素成 " 破题 " 关键

科研人员们认为,两亿年前的火山活动可能影响到了全球。土地焦黑,大部分地方寸草不生,石头被烧得像钢炭 …… 火山爆发后会留下明显的痕迹。然而,在远离火山爆发的地区,却没有丝毫痕迹。

" 这个难题迫使我们不得不去寻找新的线索,我们发现沉积物中汞元素浓度和同位素可以有效记录火山活动。" 中国地质大学(武汉)教授喻建新说,这项工作不是普通人所想象的那样简单。" 从构思到最后的论文发表,前前后后持续了 6 年之久。"

汞,俗称水银,由于熔点和沸点很低,和其他常温下通常呈固体的金属元素不同,常为液体并且极易挥发成为气体。它可以在大气中进行长距离传输,因此十分有利于在大范围的陆海地层中保存下来,可以作为追踪火山活动踪迹的良好指标。

△新疆准噶尔盆地郝家沟剖面

火山爆发会喷出含汞气体,汞随大气散播后沉降下来,剧烈火山活动时期形成的地层里汞含量会特别高。研究团队分析了新疆准噶尔盆地的郝家沟和四川盆地宣汉地区的两个地层剖面,开展多种方法的分析和研究。

△新疆准噶尔盆地和四川盆地两个三叠纪 - 侏罗纪之交地层剖面的多参数分析结果,包括碳同位素、汞元素、化学分化指数以及黏土矿物等指标

研究结果显示,两个剖面都显示出明显的汞浓度的富集并伴随着碳同位素的负偏,指示火山喷发对汞和碳循环有着巨大的影响。其次,化学风化指数和高岭土含量在汞富集层位附近表现出明显的升高,这反映该时期化学风化的强度明显加强。

现实意义重大,与碳排放密切关联

为什么要关注两亿年前的火山喷发?火山活动和碳排放又有何关系?

" 分析表明,在气候变暖过程中,高纬度大陆环境对风化强度的变化比低 / 中纬度地区更敏感。" 沈俊说,他们还发现,增强的化学风化作用持续了约 200 万年。" 这与碳循环模型的结果预测是一致的,即碳释放事件发生后,大气中过量二氧化碳的减少需要时间。"

王永栋指出,地球有自我调节能力。二氧化碳增加可使地球变暖,并进一步增加岩石化学风化的速度。而风化的沉积物又可封存相当数量的二氧化碳,降低大气中二氧化碳的含量。" 不过这个过程相当漫长,大概需要 200 万年。"

" 当时的火山活动导致了很多环境恶化的现象,例如全球变暖、臭氧层破坏、海洋酸化等。这些环境恶化现象与当下的环境问题有诸多相似之处。" 王永栋说,这项研究对于理解历史上的气候变化,以及当下的环境治理都有启示意义。

(研究团队供图 编辑 周冬梅)

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