谁是恐龙“终结者”？火山活动触发物种大灭绝

科普小知识2022-08-18 17:41:32

...

印度西部德干盾坚硬的岩浆流可能是恐龙灭绝的原因之一。资料来源:GERTA KELLER

这是我们的记者冯唐

谁杀死了恐龙？几十年前，科学家在墨西哥湾发现了一个巨大的陨石坑，答案似乎很简单:6600万年前，一颗巨大的小行星撞击地球，引发了一场巨大的海啸，同时尘埃覆盖了太阳，导致全球气温骤降。

然而，这颗小行星并不是当时“造访”地球的唯一灾难。在今天的印度，无数的火山裂缝在地下裂开，释放出大量的岩浆。一百万年后，这些火山爆发产生的温室气体可能会提高全球温度，摧毁海洋，并在小行星撞击地球之前使生命处于危险状态。

然而，这个被称为德干盾的地区火山爆发的时间仍然不确定。科学家们一直在争论它在地球上60%的动植物物种灭绝中扮演了多大的角色，包括大多数恐龙。

最近，在两项独立的研究中，研究人员使用不同的高精度测年方法试图找出是什么导致了生命的大规模灭绝。两项研究都承认，德干盾的火山活动(而不仅仅是小行星的撞击)在物种大规模灭绝中发挥了作用，但这两项研究在强调火山活动的触发力方面有所不同。相关论文最近发表在《科学》杂志上。“这两项研究是在世界一流的地质年代学实验室进行的。尽管他们使用不同的技术来确定德干盾岩浆活动的记录日期，但他们获得了非常相似的结果。这些研究表明，白垩纪-古近纪灭绝的原因包括小行星撞击和大规模火山爆发。”美国地质调查局的塞斯·伯吉斯没有参与这些研究，他告诉《中国科学》，“总的来说，这两种方法都比以前的方法更准确，有独特的价值。”

再见，恐龙先生。

地球生物史上有五次大规模灭绝。其中最著名的是白垩纪晚期物种的灭绝，这导致了地球上非鸟类恐龙的长期统治的终结。

然而，是什么引发了白垩纪-古近纪的灭绝(无论是小行星撞击还是持续数千年的德干盾火山大规模喷发，或者两者都有)仍有争议。更好地了解德干盾火山的爆发时间，特别是与希克苏鲁伯小行星撞击的比较，有助于解决这一争议。

理解这一主要的气候变化驱动的物种灭绝事件也为理解当前人类驱动的气候变化提供了信息。

“白垩纪至古近纪的灭绝引起了公众的想象，因为它涉及到迷人的巨型动物(恐龙)的灭绝，并迫使人类思考自己的死亡。”其中一篇论文的通讯作者、美国普林斯顿大学的地质学家布莱尔·舍恩告诉《中国科学》，“我们现在正面临所谓的“第六次灭绝”。因此，了解过去的物种灭绝对于我们理解当前灾难性的气候变化、生态系统破坏以及潜在的大规模物种灭绝的可能性至关重要。”

以前的研究试图确定德干盾火山爆发的时间和影响，特别是与希克苏鲁博撞击的时间相比，但大多数都没有产生结果。英国利物浦大学的地质年代学家考特尼·莱格说，以前的研究不能确定德干盾内的白垩纪-古近纪界线。这部分是由于技术精度低和取样不完整。“幸运的是，地质年代学和相关技术也在不断改进，因此我们的工作受益于过去几十年的经验。”扭伤说。

目前，已经有证据表明，在小行星造访之前，地球的气候正在发生变化。在碰撞前大约40万年，地球逐渐变暖了大约5摄氏度，但是温度在灭绝前急剧下降。有些人认为德干盾可能是全球变暖的原因，这表明80%的熔岩是在希克苏鲁伯撞击之前喷发的。

寻找火山活动时间

但是新的研究驳斥了旧的观点。劳奇和他的同事取样了冷却熔岩形成的玄武岩。他们用氩-氩测年法确定玄武岩的形成年龄，从而直接判断火山爆发的时间。

扭伤小组的测年结果显示，火山爆发在撞击前40万年开始，撞击后加速，在小行星撞击后60万年释放了大部分(75%)德干熔岩。如果德干盾导致全球变暖，它们的二氧化碳排放必须发生在岩浆流真正形成之前。研究人员表示，这降低了岩浆活动作为物种灭绝主要触发因素的责任。

第二项研究使用了不同的方法来确定火山爆发的时间。由Schoene领导的研究小组研究了夹在玄武岩层之间的锆石晶体。

锆石通常是在冷却的岩浆中形成的一种矿物。锆石中铀的放射性同位素在矿物结晶后立即衰变，并以已知的速率缓慢而稳定地转化为铅同位素。因此，锆石中这两种同位素的当前比值可以用来确定其年龄，年龄的不确定性可以低至40，000年。

因此，研究人员使用铀-铅测年法来检测锆石单个晶体中的铀-铅同位素比率。结果显示，德干盾经历了四次大规模喷发，每次持续约10万年，并向环境释放了大量岩浆和改变气候的温室气体。这些火山爆发比希克斯-苏鲁伯撞击早几万年。德干火山爆发期间释放到大气中的甲烷、二氧化碳和二氧化硫极大地改变了地球的气候和环境，并在希克苏鲁博到来之前引发了大规模的灭绝。

然而，Schoene说，锆石非常罕见，从岩石中筛选锆石需要几年时间。

求同存异

Schoene说，尽管两项研究之间存在差异，德干火山爆发的总体时间安排基本相同。"如果你比较这两项研究的数据，你会发现它们几乎相同。"

劳伦斯堪萨斯大学的地球化学家诺亚·麦克林说，这场比赛代表了一场胜利。几十年来，许多年代学技术计算出的年龄无法一一匹配。但是麦克莱恩说，改进的技术和校准“帮助我们摆脱了数百万年的不确定性，得到了一个精确的时间表。”

解开恐龙灭绝之谜不仅仅是一个学术问题。瑞奇说，了解火山爆发注入大气的二氧化碳是如何改变地球的，不仅对揭开恐龙灭绝之谜至关重要，对研究也很重要。"这是我们最近一次大规模灭绝."扭伤说，梳理行星的影响和德干盾的作用可能有助于人们找到前进的方向。

但是伯吉斯说，为了确定哪一组的解释更准确，人们需要一个更好的年龄。“这两项研究非常令人兴奋，因为它们提出了比我们以前知道的更多关于灭绝的知识，而且它们还告诉我们，还有很多东西要学，新的问题已经出现。”他说。

伯吉斯告诉《中国科学报》:“新的问题是广泛的，但我认为最令人兴奋的是:如果行星撞击和火山爆发共同引发了大规模灭绝，我们能确定哪个触发对地球系统的特定部分更致命吗？他们的一致行动会让他们更加致命吗？是一个给生物圈带来压力，另一个将生物圈推向临界点？为了回答这些问题，我们需要更准确的记录化石灭绝、撞击物的到达以及德干盾岩浆活动的时间。”