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西伯利亚圈闭的初始脉冲触发二级灭绝

em麻省理工学院的新研究表明,大约2.519亿年前,在一个今天被称为西伯利亚圈闭的地区,一股巨大的岩浆脉冲在地球上升起,并引发了二叠纪末期的灭绝。 / em&gt ;

来自美国地质调查局和麻省理工学院的地质学家已经报道了引发最终二叠纪灭绝事件的精确事件,即地球上最具破坏性的大规模灭绝事件,该事件大约在2.52亿年前杀死了90%的海洋生物和75%的陆地生命。

在今天发表在“自然通讯”杂志上的一篇论文中,该团队报告说,大约2.519亿年前,在当今被称为西伯利亚陷阱的地区,一股巨大的岩浆脉冲通过地球升起。这些熔融液体中的一部分不会喷发到地表上,而是扩散到地球浅部地壳之下,形成一个覆盖近100万平方英里的巨大岩石网络。

由于地下岩浆结晶成地层,称之为地幔,它会加热周围富含碳的沉积物,并迅速将大量二氧化碳,甲烷和其他温室气体释放到大气中。

第一作者和麻省理工学院前研究生Seth Burgess说:“这第一次的窗台产生了大量的温室气体,事情变得非常糟糕,非常快。 “气体使气候变暖,使海洋酸化,使陆地和海洋中的物体难以生存。我们认为这款吸烟枪是西伯利亚陷阱门槛的第一个脉搏。“

走向灭绝的根源

自20世纪80年代以来,科学家们一直怀疑,地球上最严重的灭绝事件,包括最终的二叠纪,是由大型火成的省份引发的,例如西伯利亚圈闭 - 由火山持续爆发的熔岩形成的广泛的火成岩堆积和侵入岩浆在地表下。但伯吉斯在这样的假设中受到了某种不协调的冲击。

“有一件事对我来说真的很突出:大多数情况下岩浆作用的总时间大约是100万年,但在大约1万年后,灭绝发生得非常快。这告诉我说,这不是整个大型火成燃烧省份,“现在是美国地质调查局研究科学家的伯吉斯说。

他推测,大规模灭绝的根本原因可能是较长时期内大规模火成岩省份形成的更短,更具体的岩浆作用区间。

挖掘数据

伯吉斯决定重新审视他作为麻省理工学院地球,大气和行星科学系罗伯特R.舒克地质学教授塞缪尔鲍林实验室的研究生所做的地质年代测量。

在2014年和2015年,他和Bowring使用高精度的测年技术来确定团队通过三次野外考察西伯利亚圈闭收集的古代岩浆岩的最终二叠纪大灭绝和时代。

从岩石时代开始,他们估计这个岩浆期开始于二叠纪末灭绝发生前约30万年,并在灭绝结束后的50万年后逐渐消失。从这些日期开始,该小组得出结论认为,西伯利亚陷阱中的岩浆作用必定会引发大规模灭绝。

但仍然存在一个难题。尽管熔岩在灭绝前数十万年前大量喷发,但在全球化石记录中没有证据表明在那段时间内有任何生物压力或气候系统发生重大变化。

“你会期望如果这些熔岩正在消失,你会看到生物圈下降的全球证据,”伯吉斯说。

当他回顾小组的数据时,他注意到在灭绝开始前30万年的时间内发现的岩石几乎全是火山岩,意味着它们是由喷发到陆地上的熔岩形成的。相比之下,地下岩床仅在2.519亿年前的灭绝开始之前出现。

Burgess说:“我意识到,那里最古老的基座与大规模灭绝的开始是一致的,一触即发。 “当你拥有所有的熔岩爆发时,你在生物圈中没有任何负面影响,但是第二次你开始侵入门坎,大规模灭绝就开始了。”

修订时间表

根据他对这些数据的新观察结果,Burgess概述了可能引发最终二叠纪灭绝的流程的精炼的三阶段时间表。第一阶段标志着2.52亿年前地球上广泛爆发的熔岩爆发。随着熔岩喷出并凝固了30万年,它形成了一个致密的岩石盖。

第二阶段始于大约2.519亿年前,当时熔岩盖成为后来熔岩喷发的结构性障碍。取而代之的是,岩浆在岩浆下面升高并作为窗台蔓延,加热地球上富含碳的沉积物,并向大气释放大量温室气体 - 几乎恰恰是在大规模灭绝事件开始时。 “这些首先是关键,”伯吉斯说。

最后一个阶段始于大约2.515亿年前,即使岩浆继续侵入沉积物中,气体的释放也会减缓。

“在这一点上,岩浆已经使其大部分挥发物的盆地脱气,并且从已经煮熟的盆地产生大量挥发物变得更加困难,”Burgess解释说。

其他灭绝的罪魁祸首?

在地球历史上,类似的短脉冲能否引发其他大规模灭绝? Burgess观察了另外三个灭绝事件的地质年代数据,科学家发现这些事件与大火成岩省:白垩纪 - 古近纪,三叠纪/侏罗纪以及早期侏罗纪灭绝一致。

对于三叠纪/侏罗纪和早期侏罗纪灭绝事件,他发现相关的大火成岩省份包含巨大的门槛网络,或侵入性岩浆,沉积在可能存在挥发性气体的沉积盆地中。在这两种情况下,灭绝触发可能是侵入岩浆的初始短脉冲,类似于最终的二叠纪。

然而,对于白垩纪 - 古近纪事件 - 灭绝恐龙的灭绝 - 伯吉斯指出,当时正在喷发的大型火成岩省主要由熔岩构成,而不是岩床,并且喷发成为花岗质岩石,丰富的沉积盆地。因此,它可能没有释放出足够的温室气体来完全导致恐龙死亡。相反,伯吉斯说,熔岩喷发和Chicxulub小行星撞击的组合可能是造成负面影响的原因。

Burgess说:“大型火种省份一直是大规模灭绝的罪魁祸首,但没有人真正知道他们是否真的有罪,如果是的话,它是如何做到的,”Burgess说。 “我们的新工作将采取下一步措施,确定大型火化省份的哪一部分是有罪的,以及它是如何犯罪的。”

该论文的共同作者是锡拉丘兹大学的Bowring和J.D. Muirhead。这项研究部分得到了美国地质调查局Mendenhall博士后研究奖学金的支持,该奖学金授予伯吉斯。

发表:S. D. Burgess,J. D. Muirhead和S. A. Bowring,“西伯利亚圈闭的初始脉冲作为二叠纪末大规模灭绝的触发器”,Nature Communications 8,文章编号:164(2017); DOI:10.1038 / s41467-017-00083-9

资料来源:麻省理工学院新闻社Jennifer Chu

 
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