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火山或小行星是恐龙灭绝的罪魁祸首吗,新研究

发布时间:2019-08-17 19:42编辑:科学浏览(57)

    对于史前地球出现的物种大灭绝事件,有一种说法是火山喷发所致。但一项11月23日发表在英国《自然·地球科学》月刊网络版的研究说,火山喷发对当时地球环境影响或许要比想象中小很多。

    火山或小行星是恐龙灭绝的罪魁祸首吗?

    根据今天发表在“科学”杂志上的新数据,6600万年前的小行星或彗星影响似乎越来越有可能重新引发印度的大规模火山爆发,距离加勒比海的撞击地点仅半个世界。

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    史前地球曾出现过几次大规模的物种灭绝事件,包括恐龙在内的许多物种都因此灭绝,原因目前不明。其中有两种比较流行的观点,一种观点认为小行星撞击地球引发了这些灭绝事件,另一种观点是长时间火山喷发。对于后者,许多人认为,由于当时地球火山持续喷发,岩浆喷涌而出,形成“大陆溢流玄武岩”,驱使大量气体和尘埃进入大气中,改变地球气候,最终导致大量物种灭绝。

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    但是,目前还不清楚两次灾难在何种程度上造成了几乎同时发生的大规模灭绝,这种灭绝摧毁了恐龙和其他许多生命形式。

    金莎娱乐,研究人员表示,埋藏在古岩石中的水银提供了迄今为止最有力的证据,表明火山爆发导致了地球历史上最大规模的物种灭绝。2亿2千5百万年前的大灭绝是如此剧烈和广泛,以至于科学家们称之为“大灭绝”。这场灾难在数十万年的时间里杀死了地球上95%以上的生命。

    由利兹大学领衔的这项研究对史前火山喷发的影响进行了新的评估。研究人员利用电脑模型模拟史前火山喷发后的各种气体和气溶胶粒子在大气中的扩散情况,以观察其对物种带来的影响。

    小行星/彗星可能在6600万年前重新点燃了印度火山,但它们在火山灭绝中的作用尚不清楚

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    辛辛那提大学(University of Cincinnati)和中国地质大学(China University of Geosciences)的古生物学家表示,他们在世界各地近十几个地点的地质记录中发现了汞含量激增的现象,这提供了有说服力的证据,表明火山爆发是这场全球灾难的罪魁祸首。

    分析结果显示,除非火山喷发导致的岩浆喷涌持续数百年,并且中间没有中断,这种自然现象才会对整个地球的动植物产生非常大的影响。

    根据今天发表在《科学》杂志上的新数据,似乎越来越有可能是6600万年前的一颗小行星或彗星的撞击,重新点燃了距离加勒比海撞击地点半个地球之外的印度的大规模火山爆发但目前还不清楚这两场灾难在多大程度上导致了几乎同时发生的大规模物种灭绝,恐龙和许多其他生命形式在这场灭绝中丧生。

    这项研究揭示了在地球历史上定期爆发的巨大熔岩流,以及它们如何影响大气并改变了地球上的生命历程。

    火山爆发点燃了大量的煤炭沉积物,将汞蒸汽释放到大气中。最终,它像雨一样降落到地球周围的海洋沉积物中,形成了一场预示着恐龙时代来临的灾难的基本特征。

    研究人员说,评估结果显示,火山大规模喷发后确实让地球的温度有所下降,大约降了4.5摄氏度,但当喷发停止后,地球的温度在50年内就恢复正常了。

    这项研究揭示了地球历史上周期性喷发的巨大熔岩流,以及它们是如何影响大气和改变地球生命进程的。在这项研究中科学家们报告了迄今为止印度火山爆发最精确、最准确的日期。印度火山爆发与白垩纪末期(即所谓的K-Pg界线)的全球灭绝同时发生。这一长达百万年的火山喷发过程在整个印度大陆上喷出了至少500公里的熔岩流,形成了所谓的德干地陷(Deccan trap),淹没了玄武岩,有些地方的玄武岩厚度接近2公里。

    在这项研究中,加州大学伯克利分校的科学家们报告了印度火山爆发时最准确和准确的日期,这与当时白垩纪末期的全球灭绝时期即所谓的K-Pg边界相吻合。数百万年的火山爆发喷发了印度大陆至少500公里的熔岩流,形成了所谓的德干陷阱洪水玄武岩,在一些地方有近2公里厚。

    “火山活动,包括火山气体的排放和有机物的燃烧,向地球表面释放了大量的汞,”第一作者、中国地质大学副教授沈军说。这次大灭绝发生在科学家们所说的二叠纪和三叠纪交界处。在恐龙出现之前,大规模的灭绝灭绝了许多陆地和海洋生物。有些是史前的怪物,比如凶猛的蛇发目动物,看起来像是剑齿虎和科莫多巨蜥的混合体。

    领导这项研究的利兹大学研究人员阿尼娅·施密特说,研究还发现火山喷发引起的酸雨对植物造成的伤害也不能一概而论,一些地区的植物因此死亡,但其他地区的植物几乎不受影响。

    新的日期也证实了早些时候的估计,即熔岩流持续了大约100万年,但其中包含了一个惊喜:四分之三的熔岩是在撞击之后喷发的。之前的研究表明,大约80%的熔岩在撞击之前就喷发了。如果德干地盾的大部分熔岩是在撞击之前喷发的,那么喷发过程中释放的气体可能是导致白垩纪过去40万年全球变暖的原因。在白垩纪期间,气温平均上升了约8摄氏度。在气候变暖的这段时间里,物种进化出了适应温室条件的物种,结果却面临着来自尘埃的全球降温,或是由撞击或火山造成的气候降温气体。

    “现在我们已经将Deccan Traps熔岩流在更多不同的地方,我们看到过渡似乎在任何地方都是相同的。我会非常自信地说,火山喷发发生在5万年之内,也许是30,000年,影响,这意味着它们在误差范围内同步,“加州大学伯克利分校地球与行星科学教授,伯克利地质年代学中心主任,该研究的高级作者Paul Renne说。 2月21日在线出现。“这是对熔岩流动影响的假设的一个重要验证。”

    火山爆发发生在一个被称为西伯利亚陷阱的火山系统中,这个火山系统位于现在的俄罗斯中部。许多火山爆发不是发生在锥状火山,而是通过地面裂开的裂缝。火山喷发频繁而持久,它们的愤怒持续了几十万年。加州大学麦克米肯艺术与科学学院的地质学教授托马斯·艾尔吉奥说:“通常,当火山爆发时,大量的汞会被释放到大气中。“对于研究人员来说,汞是一个相对较新的指标。它已经成为研究火山对地球历史上重大事件影响的一个热门话题,”Algeo说。

    这些研究结果或许会让学界重新审视史前物种灭绝事件的起因以及火山喷发对地球环境影响的程度。

    寒冷的天气可能会让大多数生物永远无法恢复,从化石记录中完全消失:确切地说,是一场大灭绝。但是,如果大多数德干人在撞击后形成了熔岩陷阱,这种情况需要重新考虑。这改变了我们对德坎陷阱在K-Pg灭绝中所扮演角色的看法,要么是德干火山喷发没有发挥作用——我们认为这是不可能的——要么是在喷发的最低音量脉冲期间爆发了大量影响气候的气体。

    新的日期也证实了先前的估计,熔岩流量持续了大约一百万年,但却出人意料:四分之三的熔岩在撞击后爆发。以前的研究表明,大约80%的熔岩在撞击之前爆发。

    研究人员使用类似七鳃鳗的尖牙化石来确定汞沉积的年代。和地球上大多数其他生物一样,牙形齿类动物也在这场灾难中惨遭灭顶之灾。在这段较长的时间里,火山喷发将多达300万立方公里的火山灰推向高空。从这个角度来看,1980年华盛顿圣海伦斯火山的喷发只向大气中释放了1立方公里的火山灰,即使远在俄克拉荷马州的汽车挡风玻璃上也有火山灰。

    施密特说,下一步还需深入研究史前一次火山喷发的持续时间,以及当时地球没有火山喷发的时期能维持多久。

    研究人员说,改变气候的火山气体经常从地下岩浆库中泄漏出来,而不仅仅是在喷发期间,这一假设得到了来自当今火山的证据的支持,比如意大利埃特纳火山和墨西哥波波卡特佩特火山的气体泄漏。即使没有喷发,地下沸腾的岩浆也会将气体输送到大气中。我们认为很有可能很多来自岩浆系统的气体在火山爆发之前就已经存在了;它们不一定与火山爆发有关。在K-Pg灭绝事件中,显著气候变化的症状出现在火山爆发高峰之前。

    如果大部分德干陷阱熔岩在撞击前爆发,那么火山爆发期间排放的气体可能是白垩纪最后40万年内全球变暖的原因,在此期间气温平均增加约8摄氏度。在这一变暖期间,物种的进化将适应温室条件,只会面临来自灰尘的全球冷却或由冲击或火山造成的气候冷却气体。

    事实上,艾尔吉奥说,西伯利亚火山喷发在空气中喷出了大量物质,特别是温室气体,使地球平均升温约10摄氏度。他说,气候变暖可能是这次物种大灭绝的罪魁祸首之一。但是酸雨会破坏许多水体,提高全球海洋的酸度。而水温较高的水会因为溶解氧的缺乏而有更多的死亡区。“我们经常摸不着头脑,不知道到底什么是最有害的。适应更冷环境的生物就会倒霉,”Algeo说。“所以我的猜测是温度变化将是头号杀手。酸化和环境中的其他毒素会加剧这种影响。”

    2013年,他们利用蒙大拿州的岩石,获得了迄今为止最精确的撞击日期。2018年,他们将其更新到66052000年前,大约8000年左右。然后,在2015年,他们从印度的少数样本中确定,在至少一个地点,德干圈闭爆发的峰值发生在那个日期之后的5万年左右,这意味着,在地质时期,这些事件基本上是同时发生的。现在,从覆盖更多德干圈闭的地区采集的岩石样本增加了三倍,研究人员已经确定,在印度大陆的大部分地区,火山爆发的高峰时间是相同的。这支持了该研究小组的假设,即小行星撞击地球引发了超级地震,导致印度火山活动剧烈爆发。印度火山活动几乎直接与撞击地点——加勒比海的希克苏鲁伯陨石坑(Chicxulub crater)——相对。

    感冒将是一种震惊,大多数生物永远无法恢复,完全从化石记录中消失:从字面上看,大规模灭绝。

    一次又一次的火山爆发使地球的食物链无法恢复。"重要的不一定是强度,而是持续时间," Algeo说。“这种情况持续的时间越长,环境承受的压力就越大。”同样,地球从灾难中恢复的很慢,因为持续不断的干扰继续摧毁生物多样性,他说。在过去的45亿年里,地球经历了五次大规模灭绝。

    同时发生的灾难可能给地球上的生命带来了双重打击,但细节尚不清楚。火山爆发会产生大量的气体,但是一些气体,比如二氧化碳和甲烷,会使地球变暖,而另一些气体,比如硫磺气溶胶,则在降温。撞击本身会将尘埃送入大气层,阻挡阳光,使地球降温,但没人知道这种情况会持续多久。撞击和德坎火山活动都能产生类似的环境影响,但它们发生的时间跨度大不相同。因此,要想了解每个因素是如何促成灭绝事件的,评估时机是关键。”

    但如果大部分Deccan Traps熔岩在撞击后出现,这种情况需要重新思考。

    科学家们使用了另一种元素——铱——来确定6500万年前导致恐龙灭绝的全球大灭绝的可能原因。他们认为一颗巨大的流星袭击了现在的墨西哥。由此产生的地球过热羽流被吹到大气中,雨点般落下含有铱的物质,这种物质在世界各地的地质记录中都有发现。沈说,汞的特征提供了令人信服的证据,证明西伯利亚圈闭的爆发是造成这场灾难的原因。现在,研究人员正试图确定火山爆发的程度,以及火山爆发对环境的影响,尤其是对陆地动物和植物的大量死亡负有最大责任。沈教授说,二叠纪大灭绝可能有助于解释今天的全球变暖将如何导致下一次大灭绝。如果全球变暖确实是二叠纪动物灭绝的原因,那么变暖对今天的人类和野生动物意味着什么呢?沈说:“人类向大气中释放碳的情况与二叠纪晚期类似,当时西伯利亚火山喷发释放了大量的碳。”

    德干圈闭中的哪些气体是在什么时候释放的,这是一个很难回答的问题,因为尽管地球历史上有过无数次玄武岩喷发,但今天并没有发生洪水。最近的一次火山喷发发生在太平洋西北部的哥伦比亚河附近,在经历了40万年的喷发后,距今已经减少了1500万年前。

    “这改变了我们对德干陷阱在K-Pg灭绝中的作用的观点,”第一作者Courtney Sprain说道,他是前加州大学伯克利分校的博士生,现在是英国利物浦大学的博士后。“无论是德干火山爆发还是没有发挥作用

    艾尔吉奥表示,这令人担忧。他说:“大多数生物学家认为,我们正处于另一次大规模物种灭绝的边缘,这是第六次大灭绝。我也同意这种观点。“我们应该了解的是,这将是一件严重的事情,会损害人类的利益,所以我们应该努力把损失降到最低。”

    关于洪水玄武岩的信息匮乏是Renne和Sprain对德干圈闭感兴趣的原因之一。德干圈闭还很年轻,能够包含有关火山喷发顺序、影响和规模的信息,或许还包括火山爆发的原因。这让我们怀疑,我们是否可能看到一些外力机制,比如对德干盆地的冲击,对其他导致火山爆发的玄武岩的冲击,比如哥伦比亚河玄武岩或西伯利亚盆地。附近俯冲带的大地震或岩浆上升造成的压力积聚,会不会释放出洪水玄武岩中的这些主要片段?”

    • 我们认为不太可能 - 或者在火山喷发的最低体积脉冲期间爆发了许多气候变化的气体。”

    生活在干旱沙漠等边缘环境中的人们将首先遭殃。这将导致全球更多的气候难民。“在受灾最严重的地区,我们可能会看到更多的饥荒和大规模移民。这是一个全球性问题,我们应该认识到并积极应对。在这些问题达到危机之前解决它们要容易得多。

    斯宾恩指出,在同一期《科学》杂志上,普林斯顿大学的一个研究小组还将公布与德坎陷井有关的新日期,其中一些与伯克利小组的日期不同。伯克利的研究小组确定了实际熔岩流中斜长石矿物的年代,而普林斯顿的研究小组确定了熔岩流之间沉积物中锆石的年代。她说,由于不清楚锆石从何而来,这些日期只提供了熔岩的最大年龄。

    假设气候变化的火山气体经常从地下岩浆室泄漏出来,而不仅仅是在火山喷发期间,这一假设得到了现今火山岩的证据支持,例如气体喷出的火山。研究人员称,意大利的埃特纳火山和墨西哥的Popocatepetl。已知在地表以下炖的岩浆即使没有喷发,也会将气体传输到大气中。

    “我们建议很多来自岩浆系统的气体很可能在喷发之前;它们不一定与喷发相关,”Renne说。在K-Pg灭绝的情况下,气候变化的症状发生在火山爆发的高峰期之前。

    洪水玄武岩

    Renne,Sprain和他们的同事正在使用精确的测年方法,氩 - 氩测年,以确定何时发生撞击以及何时爆发陷阱以澄清白垩纪末期和第三纪开始时的灾难序列

      • K-Pg边界,以前称为KT边界。

    2013年,使用蒙大拿州的岩石,他们获得了最精确的影响日期,并在2018年,他们更新到66,052,000年前,给予或需要8,000年。然后,在2015年,他们从印度的一些样本中确定,在至少一个地点,德干陷阱火山爆发的高峰发生在该日期的约5万年内,这意味着,在地质时期,这些事件基本上是同时。

    现在,来自覆盖更多德干陷阱的区域的岩石样本数量增加了三倍,研究人员已经确定,印度大陆大部分地区的高峰喷发时间是相同的。这支持了该组织的假设,即小行星撞击引发的超级地震在印度造成了强烈的火山爆发,这几乎与冲击地点

    • 加勒比海的Chicxulub火山口正好相反。

    Sprain和Renne认为,同时发生的灾难可能会给地球上的生命带来一两次冲击,但细节尚不清楚。火山爆发会产生大量气体,但有些气体如二氧化碳和甲烷会使地球变暖,而其他气体如硫磺气溶胶则会冷却。撞击本身会将灰尘送入大气层,阻挡阳光并冷却地球,但没有人知道多久。

    “影响和德干火山活动都会产生类似的环境影响,但这些影响发生在截然不同的时间尺度上,”斯波林说。“因此,要了解每个代理人如何为灭绝事件做出贡献,评估时机是关键。”

    当一个难以回答的问题时,德干陷阱中会释放哪些气体,因为今天没有洪水玄武岩爆发,尽管地球历史上有许多。最近,在太平洋西北地区的哥伦比亚河附近,经过40万年的火山喷发,在1500万年前逐渐减少。

    关于洪水玄武岩的信息很少是Renne和Sprain对Deccan Traps感兴趣的一个原因,它们仍然足够年轻,可以包含有关火山爆发的顺序,影响和规模的信息,也许还有原因。

    “这让我们想知道我们是否会看到一些外部强迫机制,比如对德干陷阱的影响,对于导致火山爆发主要高峰的其他洪水玄武岩,如哥伦比亚河玄武岩或西伯利亚陷阱,”雷恩说。“附近的俯冲带发生大地震还是由于岩浆上升造成的压力累积,是否会引发洪水玄武岩的这些重大事件?”

    Sprain指出,在同一期“科学”杂志上,普林斯顿大学的一个研究小组也将发布与德干陷阱有关的新日期,其中一些与伯克利小组不同。虽然伯克利小组对实际熔岩流中的矿物斜长石进行了测定,但普林斯顿小组在流体之间沉积的沉积物中记录了锆石。因为目前还不清楚锆石的来源,这些日期只能为熔岩提供最大年龄,她说。

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