研究称火山爆发催生大灭绝

经过20多年的尝试，研究人员声称历史上最大的灭绝是由西伯利亚的大规模火山爆发造成的。

图为西伯利亚深色岩石中形成的瀑布。照片来源:SETH BURGESS

经过20多年的尝试，研究人员声称历史上最大的灭绝是由西伯利亚的大规模火山爆发造成的，它摧毁了地球上90%的海洋物种。研究人员在最近的美国地球物理联盟秋季会议上发布了一份报告，称关键证据来自于地质学家将最新技术应用于火山爆发的玄武岩和大约2.52亿年前灭绝的生物化石周围的岩石。

"我对这个非常清晰的年代证据感到非常兴奋."纽约拉蒙特-多尔蒂地球观测站的古生物学家保罗·奥尔森说，“这表明西伯利亚火山爆发导致了大规模灭绝。”现在的问题是，火山活动导致物种灭绝的许多可能方式中，哪一种发挥了实际作用。

20多年前，由于西伯利亚深色岩石的年代和巨大形状，研究人员把注意力集中在它上面，这是一个巨大的火山景观。在地球历史上最大的火山爆发中，喷发的岩浆流向西欧，并扩散到西伯利亚数百万立方公里的玄武岩上。地质年代学家测量了小锆石晶体中铀-238和铅-206缓慢但稳定的放射性衰变时间，发现火山喷发持续了约200万年，可能是在大规模灭绝-二叠纪-三叠纪(P-T)界线期间，即二叠纪末和三叠纪初。然而，没有办法确定火山爆发是否发生在灭绝之前并导致了灭绝。

在过去的10年里，地质年代学家一直在不断改进他们的测量技术。他们开发了一种方法来腐蚀一些溢出铀和铅的锆石晶体，并重置它们的辐射时钟。他们还改进了校准同位素测量的方法，并在实验室中使用同样的技术对火山爆发和灭绝期间的岩石进行了年代测定。

麻省理工学院的地质年代学家塞思·伯吉斯和塞缪尔·宝宁将这些改进应用于中国眉山的黑色岩石和P-T边界的岩石。结果是，“我们可以说，是的，岩浆流动发生在大规模灭绝之前。”伯吉斯说。研究小组认为，火山的首次喷发发生在2.5282亿年前，不确定的范围在3.1万年到11万年之间波动。这证明了火山爆发和灭绝是按正确的顺序发生的，而且年龄足够接近因果关系。

现在，研究人员可以专注于分析火山爆发导致大规模灭绝的可能机制。中国科学院南京地质古生物研究所的古生物学家沈在会上说，有一个假说不成立:火山爆发产生的二氧化碳导致气候突然变暖。沈在报告中说，对大灭绝期间沉积物中热氧同位素的分析表明，当时气候变暖了8℃至10℃。然而，中国南方广西省的岩石表明，这种变暖发生在大规模灭绝之后不久，因此排除了气候在造成大规模灭绝中的作用。

沈说，中国南方特别详细的化石记录表明，物种灭绝“只持续了几千年”，这一速度可能支持其他可能的机制，包括火山爆发期间二氧化硫排放造成的酸雨。麻省理工学院的大气模型科学家本杰明·布莱克(Benjamin Black)和他的同事报告称，向二叠纪气候的计算机模型中注入15亿吨二氧化硫，会将北半球的降雨量酸化至大约柠檬汁酸度的pH2。他说这对暴露在外的植物和各种依赖雨水的动物来说是灾难性的。

火山爆发可能引发有毒的煤火。加拿大卡尔加里大学地质调查局的地质学家斯蒂芬·格雷斯比和他的同事们发现，在P-T边界时期之前，加拿大北极地区沉积的页岩中有微小的碳质颗粒。这些颗粒与燃煤电厂产生的飞灰惊人地相似。格雷斯比和他的同事认为，结果一定是巨大的地下燃煤金属灰进入平流层，留下有毒碎片散落在北半球。事实上，格雷斯比和他的同事发现，每层含有金属灰的岩石中的汞含量都非常高，远远高于P-T边界岩石中的汞含量。

由于地质年代学家改进了他们的工具，他们希望测试他们对火山活动在其他大规模灭绝中的作用的推测。大西洋在2.01亿年前形成时的巨大火山爆发与恐龙灭绝重叠，但其发生的顺序仍不确定。其他几个可能的事件也在等待被发现。(张冬冬)

中国科学新闻(2013-12-23第三版国际版)